DE10211600A1 - Monolithic ceramic material used as, e.g. all-active catalysts and catalyst supports, comprises micropores, mesopores and/or macropores and is at least partially decomposable under physiological conditions - Google Patents

Monolithic ceramic material used as, e.g. all-active catalysts and catalyst supports, comprises micropores, mesopores and/or macropores and is at least partially decomposable under physiological conditions

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Abstract

A monolithic ceramic material comprising micropores, meso pores, and/or macropores, is new. It is at least partially decomposable under physiological conditions. An Independent claim is included for producing a monolithic ceramic material comprising bringing a precursor material, water-soluble polymer, an amphiphilic substance and a hydrolysis catalyst into contact with one another, inducing the sol-gel transition of the mixture, at least partially removing and replacing the solvent in the gel or at least partially removing or replacing the solvent, drying the green body, and calcining the dried green body at no more than most 500 degreesC at any point.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zersetzbare monolithische keramische Materialien mit mindestens bimodaler Porenstruktur, insbesondere mit Mikro- und Mesoporen oder Meso und Makroporen oder Mikro-, Meso- und Makroporen, sowie mit in den Poren befindlichen metallischen Zentren. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien und der Materialien, die nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden insbesondere in der Katalyse und der Katalysator-Forschung sowie in der Medizin-Technik und zur zeitverzögerten Anlieferung von Wirkstoffen in der pharmazeutischen Industrie. The present invention relates to decomposable monolithic ceramic Materials with at least bimodal pore structure, in particular with micro and Mesopores or meso and macropores or micro, meso and macropores, as well as with metallic centers in the pores. The invention relates furthermore processes for the production of the materials according to the invention, and the use of the materials according to the invention and the materials which are produced in particular by one of the methods according to the invention catalysis and catalyst research as well as in medical technology and for the delayed delivery of active ingredients in the pharmaceutical Industry.

Generell können poröse keramische Materialien nach einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, wobei für die folgende Darstellung des Standes der Technik zwischen drei Gruppen von Materialien unterschieden werden soll, die nach entsprechend unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden: (i) Materialien mit Mikro- und Mesoporen, (ii) Materialien mit Makro- und Mesoporen, sowie (iii) Materialien mit Mikro-, Meso- und Makroporen. Dabei ist schon vorab zu bemerken, dass die porösen Materialien in den Verfahren nach (i) lediglich als Pulver und nicht als stabiler Monolith vorliegen und die porösen Materialien nach den Verfahren (ii) und (iii) nicht zersetzbar sind. Generally, porous ceramic materials can be made according to a variety of Processes are prepared, wherein for the following presentation of the state of the Technology should be distinguished between three groups of materials according to are manufactured according to different processes: (i) materials with Micro and mesopores, (ii) materials with macro and mesopores, and (iii) Materials with micro, meso and macro pores. It is too early note that the porous materials in the processes according to (i) are only powder and not as a stable monolith and the porous materials according to the Processes (ii) and (iii) are not decomposable.

Poröse keramische Materialien mit Mikro- und Mesoporen, insbesondere solche, die unter Verwendung amphiphiler Substanzen in Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden, sind beispielhaft in folgendem Übersichtsartikel beschrieben: D. M. Dabbs und I. A. Aksay, Ann. Rev. Phys. Chem. 51 (2000) 601-622. Diese Materialien weisen zwar wohldefinierte Mikro- und Mesoporen auf, sind allerdings nur als Pulver erhältlich. In der Druckschrift wird explizit darauf hingewiesen, dass "eine notwendige Voraussetzung für die eventuelle kommerzielle Anwendung [solcher Mesostrukturen] in der Bildung kontrollierter Formkörper und Strukturen in Form von kontinuierlichen dünnen Filmen, Fasern und Monolithen" liegt, wobei die Größe dieser Formen "jenseits der mikroskopischen Teilchengröße, die bisher synthetisiert worden ist" liegen sollte. Porous ceramic materials with micro and mesopores, especially those made using amphiphilic substances in sol-gel processes are described, for example, in the following review article: D. M. Dabbs and I. A. Aksay, Ann. Rev. Phys. Chem. 51 (2000) 601-622. This Although materials have well-defined micro- and mesopores, they are only available as powder. The publication explicitly points out that "a necessary requirement for eventual commercial Application [of such mesostructures] in the formation of controlled moldings and Structures in the form of continuous thin films, fibers and monoliths " lies, the size of these forms "beyond the microscopic Particle size that has been synthesized "should be.

Ein optisch isotroper und transparenter Monolith kann, zumindest temporär, durch Verwenden einer Flüssigkristallphase als Templat in einem Sol-Gel-Verfahren erhalten werden (siehe z. B. K. M. McGrath et al., Langmuir 16 (2000) 398-406), wobei allerdings die monolithische Silikatstruktur beim Trocknen in ein Pulver zerfällt. Analog führt auch die Verwendung von oberflächenaktiven Agenzien ("surfactants") nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise von ionischen oberflächenaktiven Agenzien, zu Strukturen, die beim Trocknen und/oder Kalzinieren zerfallen (siehe z. B. C. H. Ko et al., Microporous and Mesoporous Materials 21 (1998) 235-243). Mangelhafte Formstabilität, d. h. eine Pulver- Morphologie, ist noch stärker ausgeprägt für die bekannten MCM-41 Materialien, die 1992 erstmals in Forschungslaboratorien der Firma Mobil entwickelt wurden. An optically isotropic and transparent monolith can, at least temporarily, Using a liquid crystal phase as a template in a sol-gel process can be obtained (see, for example, K.M. McGrath et al., Langmuir 16 (2000) 398-406), however, the monolithic silicate structure when dried into a powder decays. The use of surface-active agents also leads analogously ("surfactants") according to the prior art, such as ionic surface-active agents, to structures that occur during drying and / or Calcining disintegrates (see e.g. C.H. Ko et al., Microporous and Mesoporous Materials 21 (1998) 235-243). Poor dimensional stability, d. H. a powder Morphology, is even more pronounced for the well-known MCM-41 materials, which were first developed in 1992 in Mobil research laboratories.

Generell lassen sich mikro- und mesoporöse Strukturen besonders vorteilhaft erzeugen und variieren, wenn im Sol-Gel-Verfahren anstelle der konventionellen ionischen oberflächenaktiven Agenzien nichtionische Block-Copolymere eingesetzt werden. Hierbei sind insbesondere die Arbeiten von G. D. Stucky und seiner Gruppe zu nennen (siehe z. B. D. Zhao et al., Science 279 (1998) 548-552). In diesen Verfahren wirken amphiphile Triblock-Copolymere als Template für die Porenbildung und bestimmen letztlich die Porosität des Silizium-Gerüstes. Das Gerüst wird dabei in einem Sol-Gel-Verfahren durch Hydrolysieren eines Silikat- Vorläufer-Materials ("precursor") aufgebaut. Die dabei gebildeten mesoporösen Strukturen zeigen wohldefinierte Bragg-Reflexe im Röntgen-Pulverdiffraktogramm, insbesondere auch im Kleinwinkelbereich. Dies lässt auf einen hohen Grad an Ordnung auf mesoskopischen Längenskalen schließen, der allerdings erst beim Kalzinieren erreicht wird (siehe z. B. P. Yang et al., Nature 396 (1998) 152-155). Der wesentliche Vorteil dieser Verfahren liegt darin, dass Block- Copolymere - im Gegensatz zu konventionellen grenzflächenaktiven Substanzen - ein praktisch kontinuierliches Variieren der Poren-Parameter erlauben, und zwar in situ während der Synthese. Dies kann beispielsweise durch Einstellen der Mengenverhältnisse, der Zusammensetzung, des Molekulargewichtes oder der molekularen Architektur der Block-Copolymere in der Mischung geschehen. Nachteilig macht sich allerdings bemerkbar, dass nach dem Stand der Technik in allen Verfahren, die diese Block-Copolymere beinhalten, keine Makroporen erhalten werden können sowie insbesondere dass auch dieses poröse Material pulverförmig ist und nicht als monolithisches Material vorliegt. In general, micro- and mesoporous structures can be particularly advantageous generate and vary when using the sol-gel method instead of the conventional one ionic surfactants non-ionic block copolymers be used. Here are in particular the work of G. D. Stucky and his Group (see e.g. D. Zhao et al., Science 279 (1998) 548-552). In In this process, amphiphilic triblock copolymers act as templates for the Pore formation and ultimately determine the porosity of the silicon framework. The Scaffolding is carried out in a sol-gel process by hydrolyzing a silicate Precursor material ("precursor") built. The mesoporous formed Structures show well-defined Bragg reflections in the X-ray powder diffractogram, especially in the small angle range. This leaves a high mark The degree of order on mesoscopic length scales is conclusive during calcination (see e.g. P. Yang et al., Nature 396 (1998) 152-155). The main advantage of these methods is that block Copolymers - in contrast to conventional surfactants - Allow a practically continuous variation of the pore parameters in situ during synthesis. This can be done, for example, by setting the Quantity ratios, the composition, the molecular weight or the molecular architecture of the block copolymers happen in the blend. The disadvantage, however, is that, according to the state of the art, in all Processes involving these block copolymers do not receive macropores and in particular that this porous material is powdery and is not a monolithic material.

Eine andere Klasse von Sol-Gel-Verfahren beruht auf der Verwendung von wasserlöslichen Polymeren als Templatbildnern. Im Gegensatz zu den vorgenannten Verfahren ergeben sich auf diese Weise Materialien mit Meso- und Makroporen, allerdings keine Mikroporen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Materialien liegt darin, dass nun auch monolithische Formkörper und nicht nur Pulver erhältlich sind. In diesem Zusammenhang sind insbesondere die Veröffentlichungen von Nakanishi und Kollegen zu nennen. So wird beispielsweise in der WO 95/03256 die Herstellung von porösen monolithischen Materialien mit Makro- mit Mesoporen beschrieben. Diese Materialien sind erhältlich durch die Hydrolyse von Silikat-Vorläufermaterialien mit anschließender Sol-Gel-Kondensation in der Anwesenheit wasserlöslicher Polymere, wie beispielsweise von Poly(Ethylenoxiden), (PEO). Another class of sol-gel methods is based on the use of water-soluble polymers as template formers. In contrast to the aforementioned Processes result in materials with mesopores and macropores, however, no micropores. A major advantage of these materials lies in the fact that monolithic moldings and not only powder are now available are. In this context, the publications of To call Nakanishi and colleagues. For example, in WO 95/03256 the manufacture of porous monolithic materials using macro Mesopores described. These materials are available through the hydrolysis of Silicate precursor materials with subsequent sol-gel condensation in the Presence of water-soluble polymers, such as poly (ethylene oxides), (PEO).

Die wesentlichen Verfahrensmerkmale der Synthese poröser monolithischer Keramiken nach Nakanishi sind dabei (i) der Lösungsmittelaustausch zwischen saurem und basischem Lösungsmittel, der wesentlich dazu beiträgt, dass Porengröße und Porengrößenverteilung der Mesoporen gezielt kontrolliert werden können, sowie (ii) das Kalzinieren des nach dem Trocknen erhaltenen Grünkörpers bei hohen Temperaturen, d. h. bei mindestens 600°C. Dieser Kalzinierschritt ist wesentlich zur Lösung der in WO 95/03256 gestellten erfindungsgemäßen Aufgabe, nämlich dem Bereitstellen von umweltbeständigen, ausgehärteten glasartigen Kolonnen, die insbesondere für Anwendungen in der Hochdruck- Flüssigchromatographie (HPLC) maßgeschneidert sind. Nach diesem Verfahren hergestellte Silikat-Kolonnen werden als Chromolith™ von Merck (Darmstadt, Deutschland) bzw. von EM Science (Gibbstown, New Jersey, USA) hergestellt bzw. vertrieben. The main process features of the synthesis of porous monolithic Ceramics according to Nakanishi are (i) the solvent exchange between acidic and basic solvent that contributes significantly to pore size and pore size distribution of the mesopores can be controlled in a targeted manner, and (ii) calcining the green body obtained after drying high temperatures, d. H. at at least 600 ° C. This calcining step is essential for solving the problem according to the invention set out in WO 95/03256, namely the provision of environmentally resistant, hardened glass-like Columns, especially for applications in high pressure Liquid chromatography (HPLC) are tailor-made. According to this procedure Silicate columns manufactured as Chromolith ™ from Merck (Darmstadt, Germany) or by EM Science (Gibbstown, New Jersey, USA) or distributed.

Nachteilig an dem vorstehend genannten Verfahren nach Nakanishi ist insbesondere die Tatsache, dass der erhaltene glasartige Monolith zwar formstabil ist, aber auch inert gegen physiologische Umweltbedingungen ist (siehe die unten gegebenen Definition hierzu), insbesondere nicht löslich in Wasser oder wässrigen Lösungen. Dies ist insbesondere von Nachteil für die verzögerte und zeitgesteuerte Wirkstofflieferung in der Pharmazie sowie das Design biologisch abbaubarer oder resorbierbarer Biokeramiken in der Medizin-Technik. Die Verfahrensführung nach dem Stand der Technik führt somit ausschließlich zu nicht im menschlichen Körper abbaubaren oder Wirkstoff-freisetzenden porösen keramischen Strukturen. Weiterhin muss das Fehlen von Mikroporen in den Monolithen nach Nakanishi als Manko angesehen werden, da somit trimodale poröse Monolithen auf diesem Syntheseweg nicht erhältlich sind. A disadvantage of the Nakanishi method mentioned above is in particular the fact that the glassy monolith obtained is dimensionally stable, but is also inert to physiological environmental conditions (see the below given definition of this), especially not soluble in water or aqueous Solutions. This is particularly disadvantageous for the delayed and timed Delivery of active ingredients in pharmacy as well as the design of biodegradable or resorbable bioceramics in medical technology. The procedure according to the state of the art, this leads exclusively to not in human Body-degradable or active ingredient-releasing porous ceramic structures. Furthermore, the lack of micropores in the monoliths according to Nakanishi can be regarded as a shortcoming, since trimodal porous monoliths on this Synthesis route are not available.

Zum Stand der Technik gehören weiterhin ganz allgemein Materialien mit katalytisch aktiven Metall-Zentren. Hierbei sind beispielhaft die Druckschriften der Firma Fina zu nennen, die sich auch mit festen, teilchenförmigen auf Metallocenen oder auf Metallsalz-Lösungen basierenden Katalysatorsystemen befassen, welche insbesondere für die Polymerisation und/oder Copolymerisation von Olefinen geeignet sind (siehe z. B. EP 0 573 403, WO 98/02236 oder US 5 846 896). Diese Druckschriften belegen die generelle Bedeutung von aktiven Metall- Zentren, wobei die besagten Zentren beispielsweise durch Fixieren von Metallocenen auf einem Trägermaterial erhalten werden können. Im Bereich der wissenschaftlichen Literatur sind in diesem Zusammenhang auch die Arbeiten von J.- M. Basset und Kollegen (siehe z. B. V. Vidal et al. Science 276 (1997) 99-102) zu nennen. Der Stand der Technik enthält allerdings keine Hinweise, wie solche auf metallischen Komponenten ganz allgemein oder auf Metallocenen beruhenden Aktiv-Zentren in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen, zersetzbaren monolithischen Material erhalten werden können. The state of the art also generally includes materials catalytically active metal centers. The publications of To call company Fina, which also deals with solid, particulate Deal with metallocenes or catalyst systems based on metal salt solutions, which in particular for the polymerization and / or copolymerization of Olefins are suitable (see, for example, EP 0 573 403, WO 98/02236 or US 5 846 896). These documents demonstrate the general importance of active metal Centers, said centers for example by fixing Metallocenes can be obtained on a support material. In the field of In this context, scientific literature is also the work of J.- M. Basset and colleagues (see e.g. V. Vidal et al. Science 276 (1997) 99-102) call. However, the state of the art does not contain any indications such as those on metallic components in general or based on metallocenes Active centers in connection with the decomposable according to the invention monolithic material can be obtained.

Der Stand der Technik beschreibt weiterhin keine keramischen Materialien, die zugleich mikro-, meso- und makroporös sind, sowie insbesondere keine Materialien, die zudem noch monolithisch und unter physiologischen Bedingungen zersetzbar sind. Weiterhin ist im Stand der Technik kein Verfahren enthalten, welches zur Herstellung solcher Materialien geeignet wäre. So wird in EP 0 978 313 A1 zwar ein trimodal poröses Material beschreiben (Mikro-, Meso- und Makroporen), dieses ist allerdings nur als Verbundmaterial aus aktivem Kohlenstoff in einem Silikatgerüst erhältlich, d. h. die trimodale Porenstruktur wird in der Nachbereitung erhalten und nicht intrinsisch und in situ während des Herstellungsverfahrens. Weiterhin handelt es sich bei diesem Material nicht um ein keramisches Material (siehe unten angegebene Definition) im Sinne der vorliegenden Erfindung, da aktiver Kohlenstoff als wesentlicher Bestandteil kein keramisches Material definiert. The prior art also does not describe ceramic materials that are micro-, meso- and macroporous at the same time, and in particular none Materials that are also monolithic and under physiological conditions are decomposable. Furthermore, no method is contained in the prior art, which would be suitable for the production of such materials. For example, EP 0 978 313 A1 describe a trimodal porous material (micro, meso and Macropores), but this is only a composite material made of active carbon a silicate framework available, d. H. the trimodal pore structure is in the Received follow-up and not intrinsically and in situ during the Manufacturing process. Furthermore, this material is not a ceramic Material (see definition below) in the sense of the present Invention since active carbon is not a ceramic as an essential component Material defined.

Der Stand der Technik bezüglich der gesteuerten und/oder zeitverzögerten Anlieferung von Wirkstoffen ist im wesentlichen durch konventionelle Techniken geprägt, d. h. das Pressen von Tabletten mit langsam lösbaren Komponenten oder das Einkapseln des Wirkstoffes in eine sich im Magen zersetzende Hülle (siehe hierzu beispielsweise JP 63243036, in welcher die Retention von Wirkstoffen durch Zumischen von Silikaten und Zellulose beschrieben wird, sowie US 5 869 102, welche sich in ähnlicher Weise mit dem Zusammenpressen von Wirkstoff, kolloidalen Silikaten und mikrokristalliner Zellulose befasst). Offensichtlich handelt es sich hierbei um Verfahren, in denen der Wirkstoff nach dem Zersetzen der Hülle und/oder anderen Inhaltsstoffe in makroskopischen Mengen, d. h. in Schüben, freigesetzt wird, die Freisetzungs-Rate im wesentlichen unabhängig vom eingesetzten Wirkstoff ist, und die lokale Applikation sowie die Freisetzungs-Rate nicht besonders breit variiert oder besonders genau kontrolliert werden kann. The state of the art regarding the controlled and / or time delayed Delivery of active ingredients is essentially through conventional techniques coined, d. H. the pressing of tablets with slowly detachable components or the Encapsulation of the active ingredient in a shell that decomposes in the stomach (see here for example JP 63243036, in which the retention of active substances by Admixing silicates and cellulose is described, as well as US Pat. No. 5,869,102, which is similar to the compression of the active ingredient, colloidal silicates and microcrystalline cellulose). Obviously it is These are processes in which the active ingredient after the shell has decomposed and / or other ingredients in macroscopic amounts, d. H. in batches, is released, the release rate is essentially independent of active ingredient is used, and the local application and the release rate cannot be varied or controlled particularly precisely.

Dementsprechend ist es wünschenswert und Ziel bedeutsamer Anstrengungen in Forschung und Entwicklung, Wirkstoffe in mikro- oder mesoskopischen "Käfigen" gezielt und Wirkstoff-spezifisch zu fixieren und dann zu einem vorbestimmten Zeitpunkt an einem spezifischen Ort (Magen-Darm-Trakt, Bindegewebe bei Wundheilung etc.) durch Auflösen der Käfig-Struktur freizusetzen. Ein solcher Ansatz ist beispielsweise beschrieben in F. Caruso et al., Chem. Mater. 11 (1999) 3309-3314. Diese Druckschrift befasst sich mit Mikro-Hohlräumen, die durch das Beschichten kolloidaler kugelförmiger Template mit Nano-Teilchen und Polymeren erhalten werden. Solche hohlen Mikrostrukturen können, in dieser Druckschrift zunächst nur theoretisch, zum Einschließen und dann zum gezielten Freisetzen von Wirkstoffen, kosmetischen Substanzen oder Farbstoffen eingesetzt werden. Dabei handelt es sich bei diesen Materialien allerdings um Cluster in Lösung und nicht um einen Monolithen. Accordingly, it is desirable and the goal of significant efforts Research and development, active ingredients in microscopic or mesoscopic Fix "cages" in a targeted and drug-specific manner and then into one predetermined time at a specific location (gastrointestinal tract, connective tissue in case of wound healing etc.) by releasing the cage structure. On such an approach is described, for example, in F. Caruso et al., Chem. Mater. 11 (1999) 3309-3314. This document deals with micro-voids that by coating colloidal spherical templates with nano-particles and polymers can be obtained. Such hollow microstructures can, in this Documentation initially only theoretically, for inclusion and then for targeted Release of active ingredients, cosmetic substances or dyes used become. However, these materials are clusters in Solution and not a monolith.

Die generelle Thematik des gezielten Anlieferns von Protein- und Peptid- Wirkstoffen ("PP-drugs"), insbesondere über den peroralen Weg, d. h. durch orale Aufnahme und anschließenden Eintritt in die Blutbahn über den Magen-Darm- Trakt, ist beispielsweise in A. Sood und R. Panchagnula, Chem. Rev. 101 (2001) 3275-3303 beschrieben. Für die vorliegende Erfindung ist insbesondere der in dieser Druckschrift als prinzipielle Möglichkeit beschriebene Ansatz von Interesse, die Resorption von PP-Wirkstoffen vom Magen-Darm-Trakt in die Blutbahn mit Hilfe von Nano-Teilchen durchzuführen. Tatsächlich ist gefunden worden, dass Teilchen von einer Größe bis zu 5 µm ohne Änderung ihrer Eigenschaften und intakt über die Darmwand in den Blutkreislauf eingeschleust werden können. The general topic of the targeted delivery of protein and peptide Active substances ("PP drugs"), in particular via the oral route, d. H. through oral Admission and subsequent entry into the bloodstream via the gastrointestinal Tract, is for example in A. Sood and R. Panchagnula, Chem. Rev. 101 (2001) 3275-3303. For the present invention, in particular This document describes the approach of Interest, the absorption of PP agents from the gastrointestinal tract into the bloodstream with the help of nano-particles. In fact, it has been found that particles up to 5 µm in size without changing their properties and can be introduced into the bloodstream intact via the intestinal wall.

Schließlich ist auch noch ein kürzlich veröffentlichtes Verfahren zur Herstellung von porösen kohlenstoff-haltigen Pulvern/Kristalliten unter Verwendung von silikatischen Templaten zu nennen. Dabei werden kohlenhydrat-haltige Substanzen oder Kohlenhydrate als Vorläufer-Verbindungen in Kontakt mit einem silikatischen Templat, z. B. MCM-48 und MCM-41, gebracht. Nach dem Trocknen und Kalzinieren kann das silikatische Templat, z. B. unter Verwendung von HF und/oder NaOH entfernt werden und es verbleibt ein kohlenstoffhaltiges oder zur Gänze aus Kohlenstoff bestehendes poröses Pulver mit der Porenstruktur des silikatischen Templats zurück. Hierbei sei insbesondere auf die folgenden beiden Veröffentlichungen verwiesen: M. Kruk et al., J. Phys. Chem. B 104 (2000) 7960 sowie R. Ryoo, S. H. Joo und S. J. Jun, J. Phys. Chem B 103 (1999) 7743. Nach dem Stand der Technik können allerdings nach diesem Verfahren keine monolithischen Formkörper erhalten werden. Finally, there is also a recently published manufacturing process of porous carbon-containing powders / crystallites using to name silicate templates. Thereby carbohydrate-containing substances or carbohydrates as precursor compounds in contact with one silicate template, e.g. B. MCM-48 and MCM-41 brought. After drying and The silicate template, e.g. B. using HF and / or NaOH are removed and there remains a carbon-containing or Whole carbon porous powder with the pore structure of the silicate template back. In particular, the following two Publications referenced: M. Kruk et al., J. Phys. Chem. B 104 (2000) 7960 and R. Ryoo, S.H. Joo and S.J. Jun, J. Phys. Chem B 103 (1999) 7743. After However, the prior art cannot use this method monolithic moldings can be obtained.

Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass es zwar monolithische keramische Materialien mit Mikro- und Mesoporen gibt sowie entsprechende Materialien mit Meso- und Makroporen, aber dass keine monolithischen keramischen Materialien existieren, die zwar formstabil sind, sich aber dennoch unter physiologischen Bedingungen, d. h. insbesondere im Kontakt mit Wasser zersetzen. Solche Materialien sind von besonderem Interesse für die gezielte und zeitverzögerte Anlieferung von Wirkstoffen sowie in der Medizintechnik. In summary, it can be said that it is monolithic ceramic materials with micro and mesopores exist as well as corresponding materials with meso and macro pores, but that no monolithic ceramic Materials exist that are dimensionally stable, but are still under physiological conditions, d. H. decompose especially in contact with water. Such Materials are of particular interest for the targeted and time-delayed Delivery of active ingredients and in medical technology.

Es sind weiterhin keine monolithischen keramischen Materialien nach dem Stand der Technik bekannt, die über Poren auf allen drei Ebenen verfügen, d. h. im Prinzip der atomaren Ebene, der Nano-Ebene sowie der Mikro-Ebene. Solche hierarchischen Materialien sind von besonderem Interesse für die Katalysator- Forschung und die Nano-Technolgie. There are still no monolithic ceramic materials according to the prior art known in the art that have pores at all three levels, d. H. in the Principle of the atomic level, the nano level and the micro level. Such hierarchical materials are of particular interest for the catalyst Research and nano-technology.

Es sind schließlich auch keine keramischen Materialien bekannt, die über eine zumindest bimodale Porenstruktur mit aktiven metallischen Zentren verfügen und zugleich monolithisch und zersetzbar sind. Finally, there are no known ceramic materials that have a have at least bimodal pore structure with active metallic centers and are both monolithic and decomposable.

Demgemäss besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe in der Bereitstellung eines neuartigen keramischen monolithischen Materials, welches über Mikro- und Mesoporen oder über Meso- und Makroporen oder über Mikro-, Meso- und Makroporen verfügt, und welches unter physiologischen Bedingungen zersetzbar sein soll, d. h. insbesondere für Anwendung in der pharmazeutischen Industrie, der Medizin-Technik, der Kosmetik- sowie der Lebensmittelindustrie geeignet ist. Die eingesetzten Materialien müssen deshalb insbesondere biokompatibel, nicht toxisch, sowie biologisch abbaubar sein. Ein weiteres wesentliches Merkmal für die Massen-Produktion solcher Materialien ist, dass die Grundmaterialien möglichst billig und in großen Mengen verfügbar sein sollen, d. h. dass beispielsweise die Verwendung von teuren Block-Copolymeren vermieden werden soll. Weiterhin ist es Teil der erfindungsgemäßen Aufgabe, das neuartige poröse keramische Material entweder im eigentlichen Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung oder in der Nachbehandlung oder in beidem so zu modifizieren, dass innerhalb der Poren mindestens ein aktives Metall-Zentrum vorliegt. Teil der Aufgabe ist es dabei insbesondere, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Acidität und/oder das Redox- Verhalten des erfindungsgemäßen porösen Monolithen zu variieren. Accordingly, an object of the invention is to provide a novel ceramic monolithic material, which is micro and Mesopores or via meso and macro pores or via micro, meso and Macropores, and which can be decomposed under physiological conditions should, d. H. especially for use in the pharmaceutical industry, the Medical technology that is suitable for the cosmetics and food industries. The The materials used must therefore, in particular, not be biocompatible be toxic and biodegradable. Another key feature for the Mass production of such materials is that the basic materials are as possible should be cheap and available in large quantities, d. H. that for example the Use of expensive block copolymers should be avoided. Farther it is part of the task according to the invention, the novel porous ceramic Material either in the actual sol-gel manufacturing process or in the Aftertreatment or both in such a way that modification within the pores there is at least one active metal center. It's part of the job in particular, to provide a way to reduce acidity and / or redox Vary the behavior of the porous monolith according to the invention.

Die spezifische Form und/oder Größe und/oder Porenstruktur des erfindungsgemäßen Monolithen soll dabei im Herstellungsverfahren selbst definiert werden und nicht erst in einem nachgeschalteten Bearbeitungsschritt, wie es beispielsweise beim Kompaktieren eines porösen Pulvers der Fall wäre. Der zersetzbare aber formstabile Monolith soll auch dadurch gekennzeichnet sein, dass er amorph ist, d. h. dass er keine Korngrenzen zwischen Kristalliten aufweist, die zum Zerbröseln des Materials führen können. Eine solche amorphe Struktur manifestiert sich beispielsweise durch das Fehlen von Bragg-Reflexen im Röntgen-Diffraktogramm. The specific shape and / or size and / or pore structure of the Monoliths according to the invention are to be defined in the production process itself and not only in a subsequent processing step like it for example, when compacting a porous powder. The decomposable, however dimensionally stable monolith should also be characterized in that it is amorphous, d. H. that it has no grain boundaries between crystallites that would crumble of the material can lead. Such an amorphous structure manifests itself for example due to the lack of Bragg reflections in the X-ray diffractogram.

Insbesondere besteht die erfindungsgemäße Aufgabe auch darin, monolithische keramische Materialien mit Mesoporen, d. h. Poren mit einem Durchmesser zwischen 2 nm und 50 nm, zur Verfügung zu stellen, bei denen der Porendurchmesser gezielt eingestellt und in einem breiten Bereich variiert werden kann. Poren dieser Durchmesser sind naturgemäß von besonderer Bedeutung für Anwendungen der Nano-Technologie. In particular, the object of the invention is also monolithic ceramic materials with mesopores, d. H. Pores with a diameter between 2 nm and 50 nm, at which the pore diameter can be specifically set and varied within a wide range. Pores of this Diameters are of particular importance for applications of the Nanotechnology.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein formstabiles und zusammenhängendes monolithisches keramisches Material bereitgestellt wird, welches im wesentlichen als eine gehärtete aber nicht vollständig abgebundene, d. h. als eine zumindest teilweise wasserlösliche, Agglomeration von Nano- Teilchen angesehen werden kann. Dabei bauen die Nano-Teilchen ein zusammenhängendes Gerüst auf, bevorzugt ein silikatisches Gerüst. Auf einer komplementären Ebene definieren die zusammenhängenden Nano-Teilchen ein durchgehendes, d. h. kanalartiges, Netz von Mikro, Meso- (= Nano) oder Makroporen, d. h. materialfreie Hohlräume. The object of the invention is achieved in that a dimensionally stable and coherent monolithic ceramic material is provided, which is essentially a hardened but not fully set, d. H. as an at least partially water-soluble agglomeration of nano- Particles can be viewed. The nano-particles build in connected framework, preferably a silicate framework. On a complementary level, the coherent nano-particles define a continuous, d. H. channel-like, network of micro, meso (= nano) or macro pores, d. H. material-free cavities.

Ein solches Material kann durch verschiedene Sol-Gel-Verfahren erhalten werden, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnen, dass mindestens ein Gerüst- Vorläufer-Material ("precursor"), mindestens eine zur Hydrolyse des Vorläufer- Materials geeignete Substanz sowie mindestens ein wasserlösliches Polymer zusammengegeben werden. Die zusätzliche Zugabe eines Amphiphilen ist optional, begründet aber eine besonders wichtige Ausführungsform. Die so erhaltene Mischung wird dann mindestens einem Sol-Gel-Übergang, einem Schritt des Lösungsmittel-Austausches sowie einem Trocknungs-Schritt unterworfen. Jen nach Ausführungsform ist ein an den Trocknungs-Schritt anschließender Kalzinierungs-Schritt erforderlich, wobei die Temperatur des Kalzinierungs-Schrittes so gewählt sein muss, dass das Material zwar abbindet, aber nicht zu einem inerten, glasartigen Körper aushärtet, d. h. dass das Material in jedem Fall noch unter physiologischen Bedingungen zumindest teilweise zersetzbar bleibt. Das Einarbeiten metallischer Aktiv-Zentren kann dabei entweder (i) im Sol-Gel Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials durch (Co-)Hydrolyse von zersetzbaren Vorläufer-Materialien, die Metalle enthalten erfolgen, oder aber durch (ii) das Inkontaktbringen des erfindungsgemäßen Grünkörpers oder des entsprechenden kalzinierten Materials mit leicht hydrolysierbaren Vorläufer-Verbindungen, die Metalle enthalten, insbesondere auch von Metallocenen, in einem Nachbehandlungs-Schritt. Über die Art und Menge der nach (i) und/oder (ii) eingeführten aktiven Metall-Zentren kann dann, wie in der erfindungsgemäßen Aufgabe gefordert, sowohl die Acidität des gesamten porösen Materials als auch dessen Redox- Verhalten frei eingestellt werden. Das Einstellen dieser beiden Parameter ist dabei insbesondere unabhängig voneinander möglich, da die beiden Verfahren (i) und (ii) zum Einbringen von aktiven Metall-Zentren auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen und somit die Acidität und Redox-Verhalten unterschiedlich beeinflussen. Such a material can be obtained by various sol-gel processes, which are essentially characterized by the fact that at least one scaffold Precursor material ("precursor"), at least one for hydrolysis of the precursor Material suitable substance and at least one water-soluble polymer be put together. The addition of an amphiphile is optional, but constitutes a particularly important embodiment. The so obtained Mixing is then at least one sol-gel transition, a step of Solvent exchange and a drying step subjected. Jen after Embodiment is a subsequent to the drying step Calcination step required, the temperature of the calcination step so must be chosen so that the material sets, but not to an inert, glassy body hardens, d. H. that the material is still under in any case physiological conditions remains at least partially decomposable. The incorporation metallic active centers can either (i) in the sol-gel process Production of the material according to the invention by (co-) hydrolysis of decomposable precursor materials containing metals, or by (ii) contacting the green body according to the invention or the appropriate calcined material with easily hydrolyzable precursor compounds, which contain metals, in particular also of metallocenes, in one Post-treatment step. About the type and quantity of those imported according to (i) and / or (ii) active metal centers can then, as in the task according to the invention required both the acidity of the entire porous material and its redox Behavior can be set freely. The setting of these two parameters is included in particular possible independently of one another, since the two methods (i) and (ii) to introduce active metal centers on different principles are based and thus the acidity and redox behavior differ influence.

Im Folgenden sind die für das Verständnis und die Interpretation der vorliegenden Erfindung wesentlichen Definitionen gegeben. Below are those for understanding and interpreting the present Invention given essential definitions.

Von besonderer Bedeutung für die Charakterisierung des erfindungsgemäßen Materials ist dessen Morphologie, d. h. die Eigenschaft, dass das Material nicht als Pulver vorliegen soll, sondern in Form eines zusammenhängenden Formkörpers, der im Sinne der vorliegenden Erfindung als Monolith bezeichnet wird. Erfindungsgemäß sollen Monolithe sich als zusammenhängender Formkörper in alle drei Raumrichtungen über mindestens jeweils einen Millimeter erstrecken. Im Prinzip kann der Monolith jede beliebige Form annehmen, d. h. beispielsweise Platten, Stäbchen, Kugeln (Beads, Pellets), sowie überhaupt jede denkbare geometrische Form. Insbesondere können Monolithe auch komplexe Formen aufweisen, wie beispielsweise Einkerbungen an den Außenseiten, mit dem Ziel, Transport- und/oder Strömungseigenschaften um den Monolithen zu verbessern. In einer praktischen Ausführungsform werden Stäbchen von 5 mm Durchmesser und einer Länge von 5 bis 10 mm eingesetzt. Of particular importance for the characterization of the invention Materials is its morphology, i.e. H. the property that the material is not considered Powder should be present, but in the form of a coherent shaped body, which is referred to as a monolith in the sense of the present invention. According to the invention, monoliths are intended as a coherent shaped body in all extend three spatial directions over at least one millimeter each. in the In principle, the monolith can take any shape, i. H. for example Plates, chopsticks, balls (beads, pellets), as well as any conceivable geometric shape. In particular, monoliths can also have complex shapes have, such as notches on the outer sides, with the aim of Transport and / or flow properties to improve the monolith. In In a practical embodiment, rods of 5 mm in diameter and a length of 5 to 10 mm.

Unter einem keramischen Material im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jedes Material verstanden, welches nach dem Trocknungs-Schritt einen höheren Anteil (in Gewichtsprozent) an anorganischen Bestandteilen hat als an organischen Bestandteilen. Unter organischen Bestandteilen werden erfindungsgemäß alle Bestandteile verstanden, die ausschließlich Verbindungen mit Kohlenstoff und optional Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff enthalten. Alle anderen Verbindungen werden als anorganische Bestandteile angesehen, insbesondere auch solche Bestandteile, die in Lehrbüchern der Chemie als "metallorganische" oder "silizium-organische" Verbindungen bezeichnet werden. Under a ceramic material in the sense of the present invention understood any material that has a higher after the drying step Proportion (in percent by weight) of inorganic constituents than organic components. Organic constituents are used according to the invention understood all components that are exclusively compounds with carbon and optionally contain nitrogen, hydrogen or oxygen. All other Compounds are considered inorganic components, especially such constituents that are known in chemistry textbooks as "organometallic" or "Silicon-organic" compounds are called.

Poröse Materialien ganz allgemein sind u. a. durch ihre Porengröße, Porengrößenverteilung, Art der nebeneinander vorliegenden Poren, Wandstärke des die Poren umgebenden Gerüstes, sowie durch ihr Porenvolumen (Porosität) gekennzeichnet. Bezüglich der Porengröße wird unterschieden zwischen mikroporösen Materialien, mesoporösen Materialien sowie makroporösen Materialien. Die Begriffe "mikroporös", "mesoporös" und "makroporös" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verwendet, wie sie in Pure Appl. Chem., 45 (1976) S. 79 definiert sind, nämlich als Poren, deren Durchmesser oberhalb von 50 nm (makroporös) oder zwischen 2 nm und 50 nm (mesoporös) oder unterhalb von 2 nm (mikroporös) liegt. Porous materials in general are u. a. by their pore size, Pore size distribution, type of pores present side by side, wall thickness of the pores surrounding scaffold, and characterized by their pore volume (porosity). With regard to the pore size, a distinction is made between microporous Materials, mesoporous materials as well as macroporous materials. The terms "Microporous", "Mesoporous" and "Macroporous" are used in the context of the present Invention as used in Pure Appl. Chem., 45 (1976) p. 79 are defined, namely as pores whose diameter is above 50 nm (macroporous) or is between 2 nm and 50 nm (mesoporous) or below 2 nm (microporous).

Die Porengrößenverteilung kann eng oder breit sein, unimodal (ein beherrschender Durchmesser), bimodal (zwei Porentypen verschiedener Größe liegen nebeneinander vor, wobei die mittleren Porengrößen weiter als die Summe der beiden Halbwertsbreiten auseinander liegen) oder trimodal (drei Porentypen verschiedener Größe liegen nebeneinander vor, wobei die mittleren Porengrößen jeweils benachbarter Porentypen weiter als die Summe der entsprechenden zwei Halbwertsbreiten auseinander liegen). Die Porengrößenverteilung (pore size distribution; PSD) kann beispielsweise durch Adsorptions-Messungen erhalten werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung kann die Porengrößenverteilung durch eine Gaußsche Glockenkurve gut angenähert werden. Das Maximum der Glockenkurve ergibt die mittlere Porengröße. Die Halbwertsbreite, d. h. die Breite der Funktion bei halber Höhe zwischen Grundlinie und Maximum, ist ein Maß für die Breite der Verteilung. Für die meisten Anwendungen wird eine möglichst enge Porengrößenverteilung angestrebt. The pore size distribution can be narrow or wide, unimodal (a dominant diameter), bimodal (two pore types of different sizes lie side by side, with the mean pore sizes wider than the sum of the two Half-widths apart) or trimodal (three pore types different sizes exist side by side, with the mean pore sizes in each case adjacent pore types are greater than the sum of the corresponding two Half-widths apart). The pore size distribution (pore size distribution; PSD) can be obtained, for example, by adsorption measurements. in the In the case of the present invention, the pore size distribution can be determined by a Gaussian bell curve can be approximated well. The maximum of Bell curve gives the average pore size. The full width at half maximum, i.e. H. the width of the Function at half height between baseline and maximum, is a measure of the width of distribution. For most applications, the tightest possible Pore size distribution aimed for.

Aufgrund von Ungenauigkeiten der Meßmethoden zur Bestimmung von Porengrößen wird die Zuordnung von Porentypen innerhalb eines Fehlerbalkens von zwei Halbwertsbreiten vorgenommen. So ergeben beispielsweise Messungen für eines der erfindungsgemäßen Materialien einen mittleren Porendurchmesser, der bei etwa 1 µm (1000 nm) bei einer Halbwertsbreite von einem halben Mikrometer liegt. Hierbei handelt es sich also eindeutig um Makroporen. Gleichzeitig findet sich im selben Material ein weiterer Porentyp mit einem mittleren Porendurchmesser von 20 nm und einer Halbwertsbreite von 10 nm, d. h. in diesem Fall liegen eindeutig Mesoporen vor. Schließlich findet sich noch ein dritter Porentyp, dessen Porendurchmesser zu 3 nm mit einer Halbwertsbreite von einem Nanometer bestimmt wird und bei dem im Einklang mit dem oben gegebenen Fehler die Zuordnung zu Mikroporen möglich ist. In jedem Fall handelt es sich bei diesem Material um ein Material mit trimodaler Porenstruktur, da alle drei mittleren Porendurchmesser deutlich weiter als jeweils die Summe der betreffenden Halbwertsbreiten auseinander liegen. Due to inaccuracies in the measurement methods for determining Pore sizes becomes the assignment of pore types within an error bar of two Half-widths made. For example, measurements for one of the materials according to the invention have an average pore diameter of approximately 1 μm (1000 nm) is at a half-width of half a micrometer. in this connection it is clearly macro pores. At the same time it is found in the same Material another pore type with an average pore diameter of 20 nm and a half-width of 10 nm, i.e. H. in this case lie clearly Mesopores before. Finally there is a third pore type, the pore diameter is determined to 3 nm with a half-width of one nanometer and at according to the error given above, the assignment to micropores is possible. In any case, this material is a material with trimodal pore structure, since all three mean pore diameters are significantly wider than the sum of the relevant half-widths are in each case apart.

Poröse Materialien mit multimodaler, d. h. mindestens mit bimodaler Porengrößenverteilung werden auch als hierarchisch bezeichnet. Unterschiedliche Porengrößen sind typischerweise mit unterschiedlichen Transportverhalten verbunden. So sind z. B. Makroporen insbesondere für "makroskopische" Transportvorgänge wie viskosen oder diffusiven Massetransport prädestiniert, wohingegen im Fall von Mesoporen Grenzflächendiffusion sowie Kapillareffekte dominieren, und in Mikroporen lediglich aktivierter Transport stattfindet. Hierarchische Porenstrukturen bedingen also hierarchische Transportvorgänge. So können also beispielsweise Moleküle in Mikroporen für längere Zeit an einem Ort lokalisiert sein, dann aber bei Aktivierung oder Auflösen der Mikroporen schnell durch kapillaren oder diffusiven Transport in Meso- oder Makroporen von diesem Ort wegtransportiert werden. Ein solcher Mechanismus ist beispielsweise für die örtlich und zeitlich lokalisierte Wirkstoffanlieferung in pharmazeutischen Anwendungen von Interesse. Entsprechend ist eine hierarchische Porenstruktur auch für katalytische Systeme interessant, in denen der schnelle An- und Abtransport von Edukten und Produkten zu den katalytisch aktiven Zentren, die in Mikroporen mit hoher Oberfläche verteilt sind, durch meso- und makroporöse Transportkanäle erfolgt. Porous materials with multimodal, i.e. H. at least with bimodal Pore size distribution is also called hierarchical. different Pore sizes are typically associated with different transport behavior. So z. B. macropores especially for "macroscopic" transport processes such as viscous or diffusive mass transport, whereas in the case dominated by mesopore interface diffusion and capillary effects, and in Micropores only activated transport takes place. hierarchical Pore structures therefore require hierarchical transport processes. So you can for example, molecules in micropores can be located in one place for a long time, then but when activating or dissolving the micropores quickly by capillary or diffusive transport in meso- or macropores transported away from this location become. Such a mechanism is for example local and temporal Localized drug delivery in pharmaceutical applications from Interest. A hierarchical pore structure is also corresponding for catalytic ones Systems interesting in which the quick delivery and removal of educts and Products for the catalytically active centers that are in micropores with high Surface are distributed through meso- and macroporous transport channels.

Der Begriff "zersetzbar" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Auflösen und/oder Zersetzen der Gerüstsubstanz des porösen monolithischen keramischen Materials unter physiologischen Bedingungen. Physiologische Bedingungen sind dabei alle Bedingungen, wie sie in einem lebenden Organismus, insbesondere im menschlichen Organismus vorkommen können, insbesondere in wässriger Lösung, in salziger wässriger Lösung, in saurer wässriger Lösung, in alkalischer wässriger Lösung, und dabei weiterhin insbesondere im Mund- Speichel, in Körperausscheidungen und -ausdunstungen, und dabei insbesondere in Schweiß, sowie in allen Körpersekreten, insbesondere in Schleim, sowie weiterhin in der Magen-Flüssigkeit, im Darmtrakt, in Blut oder Blutplasma, in Binde- oder Muskelgewebe sowie in Knochen oder Knorpelgewebe. The term "decomposable" in the sense of the present invention refers to a Dissolving and / or decomposing the structural substance of the porous monolithic ceramic material under physiological conditions. physiological Conditions are all conditions as they exist in a living organism, can occur especially in the human organism, especially in aqueous solution, in salty aqueous solution, in acidic aqueous solution, in alkaline aqueous solution, and especially in the mouth Saliva, in body exudates and fumes, and in particular in sweat, as well as in all body secretions, especially in mucus, as well still in the gastric fluid, in the intestinal tract, in blood or blood plasma, in connective or muscle tissue as well as in bone or cartilage tissue.

Das neuartige monolithische keramische Material im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass es mindestens bimodal ist und dass es unter physiologischen Bedingungen zumindest teilweise zersetzbar ist, wobei der Begriff "zersetzbar" wie oben definiert zu verstehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das mindestens bimodale Material Mikro- und Mesoporen oder Meso- und Makroporen oder Mikro-, Meso- und Makroporen, wobei der letzte Fall besonders bevorzugt ist. The novel monolithic ceramic material in the sense of the present Invention is characterized in that it is at least bimodal and that it is at least partially decomposable under physiological conditions, the The term "decomposable" is to be understood as defined above. In a preferred one Embodiment contains the at least bimodal material micro and mesopores or meso and macropores or micro, meso and macropores, the last case is particularly preferred.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Material dadurch gekennzeichnet, dass es bei Röntgenuntersuchungen im Kleinwinkelbereich, d. h. im Winkelbereich von einem Grad bis 5 Grad (bei Verwendung einer kommerziell gebräuchlichen Röntgenquelle, d. h. einer konventionellen Röntgenröhre oder einer Drehanode, die Cu-Kα-Strahlung emittiert), keine Bragg-Reflexe aufweist. Unter Bragg-Reflexen sind die dem Fachmann bekannten scharfen, d. h. wenige Halbwertsbreiten breiten, Peaks zu verstehen, die auf die Anwesenheit lang- oder mittelreichweitiger Ordnung schließen lassen und die zur Indizierung zwei- oder dreidimensionaler geordneter Strukturen herangezogen werden können. Solche Bragg-Reflexe werden für die nach dem Stand der Technik erhältlichen mikro- und mesoporösen Materialien gefunden (siehe beispielsweise D. Zhao et al., Science 279 (1998), Seite 549), nicht aber im Fall der erfindungsgemäßen Materialien. In a further preferred embodiment, the material according to the invention is characterized in that in X-ray examinations in the small-angle range, ie in the angular range from one degree to 5 degrees (when using a commercially available X-ray source, ie a conventional X-ray tube or a rotating anode, the Cu-K α - Radiation emitted), has no Bragg reflections. Bragg reflections are understood to mean the sharp peaks known to the person skilled in the art, that is to say a few half-widths wide, which indicate the presence of long- or medium-range order and which can be used to index two- or three-dimensional ordered structures. Such Bragg reflections are found for the micro- and mesoporous materials available according to the prior art (see, for example, D. Zhao et al., Science 279 (1998), page 549), but not in the case of the materials according to the invention.

Das erfindungsgemäße Material ist insbesondere auch dadurch ausgezeichnet, dass es zu keinem Zeitpunkt seiner Vorbehandlung, Herstellung und/oder Nachbehandlung über 500°C erhitzt worden ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Material nicht vollständig zu einem glasartigem Material oder einer Glaskeramik durchhärtet, die dann inert wäre gegen das zumindest teilweise Zersetzen unter physiologischen Bedingungen. Die Tatsache, dass das erfindungsgemäße Material nicht während seiner Vorbehandlung, Herstellung und/oder Nachbehandlung über 500°C erhitzt werden darf, schließt nicht aus, dass das erfindungsgemäße Material zu einem beliebigen Zeitpunkt während dessen Verwendung, insbesondere in katalytischen Anwendungen, einer Temperatur ausgesetzt wird, die höher als 500°C liegt. The material according to the invention is particularly distinguished in that that at no point in its pretreatment, manufacture and / or After-treatment has been heated above 500 ° C. This ensures that the Material not completely into a glass-like material or a glass ceramic fully hardened, which would then be inert against the at least partial decomposition physiological conditions. The fact that the material of the invention not during its pretreatment, manufacture and / or post-treatment 500 ° C may not be excluded, that the material of the invention at any time during its use, especially in catalytic applications exposed to a temperature higher than 500 ° C lies.

In weiteren Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße monolithische keramische poröse Material dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine weitere Eigenschaft ausgewählt aus der folgenden Gruppe aufweist, oder alle diese Eigenschaften:

  • - die Makroporen sind zu durchgehenden Transport-Kanälen verbunden, innerhalb derer Stofftransport von einer Seitenfläche des Monolithen zu mindestens einer weiteren Seitenfläche stattfinden kann;
  • - die Größe der Makroporen, repräsentiert durch den mittleren Porendurchmesser in einer Fehlergrenze von plus/minus zwei Halbwertsbreiten, liegt zwischen 50 nm und 1000 µm, bevorzugt zwischen 0.1 µm und 100 µm, sowie besonders bevorzugt zwischen 0.5 µm und 30 µm;
  • - die Größe der Mesoporen, repräsentiert durch den mittleren Porendurchmesser in einer Fehlergrenze von plus/minus zwei Halbwertsbreiten, liegt zwischen 5 nm und 50 nm und bevorzugt zwischen 10 nm und 40 nm;
  • - die Größe der Mikroporen, repräsentiert durch den mittleren Porendurchmesser in einer Fehlergrenze von plus/minus zwei Halbwertsbreiten, liegt bevorzugt zwischen 0.5 nm und 4 nm und besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 3 nm;.
  • - die Größenverteilung der Mesoporen ist dergestalt, dass die Halbwertsbreite der Porengrößenverteilungsfunktion idealerweise nicht mehr als 100% der mittleren Porenbreite beträgt, wobei nicht mehr als 50% der mittleren Porenbreite besonders bevorzugt sind.
  • - das erfindungsgemäße Material hat nach dem Trocknungs-Schritt einen höheren Anteil, gemessen in Gewichtsprozent, an anorganischen Bestandteilen als an organischen Bestandteilen.
  • - das erfindungsgemäße Material enthält nach dem Trocknungs-Schritt als Hauptbestandteil, gemessen in Gewichtsprozent, Silizium und Sauerstoff.
In further embodiments, the monolithic ceramic porous material according to the invention is characterized in that it has at least one further property selected from the following group, or all of these properties:
  • - The macropores are connected to continuous transport channels, within which the mass transfer from one side surface of the monolith to at least one further side surface can take place;
  • - The size of the macropores, represented by the mean pore diameter within an error limit of plus / minus two half-widths, is between 50 nm and 1000 µm, preferably between 0.1 µm and 100 µm, and particularly preferably between 0.5 µm and 30 µm;
  • - The size of the mesopores, represented by the mean pore diameter within an error limit of plus / minus two half-widths, is between 5 nm and 50 nm and preferably between 10 nm and 40 nm;
  • - The size of the micropores, represented by the mean pore diameter in an error limit of plus / minus two half-widths, is preferably between 0.5 nm and 4 nm and particularly preferably between 1 nm and 3 nm.
  • - The size distribution of the mesopores is such that the full width at half maximum of the pore size distribution function is ideally not more than 100% of the mean pore width, with no more than 50% of the mean pore width being particularly preferred.
  • - After the drying step, the material according to the invention has a higher proportion, measured in percent by weight, of inorganic constituents than of organic constituents.
  • - After the drying step, the material according to the invention contains silicon and oxygen as the main constituent, measured in percent by weight.

Das erfindungsgemäße zersetzbare monolithische keramische Material mit zumindest bimodaler Porenstruktur kann nach jedem denkbaren Verfahren, welches zu dem vorstehend benannten Material führt, hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird es durch ein Verfahren hergestellt, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst:

  • A) Inkontaktbringen eines Vorläufer-Materials, eines wasserlöslichen Polymers sowie eines Hydrolyse-Katalysators;
  • B) Induzieren des Sol-Gel-Überganges für das Gemisch aus (I);
  • C) Entfernen und Austauschen des Lösungsmittels im Gel aus (II) oder Entfernen oder Austauschen des Lösungsmittels;
  • D) Trocknen des aus (III) erhaltenen Grünkörpers;
  • E) Kalzinieren des getrockneten Grünkörpers, wobei die Temperatur zu keinem Zeitpunkt über 500°C liegen darf.
The decomposable monolithic ceramic material according to the invention with at least a bimodal pore structure can be produced by any conceivable method which leads to the material mentioned above. In a preferred embodiment, it is produced by a method which comprises at least the following steps:
  • A) contacting a precursor material, a water-soluble polymer and a hydrolysis catalyst;
  • B) inducing the sol-gel transition for the mixture of (I);
  • C) removing and replacing the solvent in the gel from (II) or removing or replacing the solvent;
  • D) drying the green body obtained from (III);
  • E) calcining the dried green body, the temperature at no time may be above 500 ° C.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein Sol-Gel- Verfahren, d. h. das Polymerisieren eines molekularen Vorläufer-Materials (precursor), typischerweise gekennzeichnet durch Hydrolyse des Vorläufer-Materials unter anschließender Kondensation, d. h. Ausformen eines oxidischen Netzwerkes. Je nach Kondensationsbedingungen, insbesondere je nach pH, können lineare Polymere und lange Gel-Zeiten oder dichte Cluster bzw. Nano-Teilchen und kurze Gel-Zeiten, sowie natürlich alle Zwischenzustände, eingestellt werden. This preferred embodiment is a sol-gel Method, d. H. polymerizing a molecular precursor material (precursor), typically characterized by hydrolysis of the precursor material with subsequent condensation, d. H. Forming an oxidic network. Depending on the condensation conditions, in particular depending on the pH, linear Polymers and long gel times or dense clusters or nano-particles and short gel times and of course all intermediate states can be set.

Die erfindungsgemäß erhältlichen Materialien (i) sind unter physiologischen Bedingungen zersetzbar, (ii) biologisch abbaubar, (iii) nicht toxisch und überhaupt mit lebenden Organismen verträglich, sowie erlauben, zumindest in einer Ausführungsform, (iv) das Einstellen einer bis dato für diese Materialen nicht bekannten trimodalen Porenstruktur. The materials (i) obtainable according to the invention are under physiological Conditions degradable, (ii) biodegradable, (iii) non-toxic and at all compatible with living organisms, as well as allow, at least in one Embodiment, (iv) the setting of a hitherto unknown for these materials trimodal pore structure.

Die in der vorliegenden Ausführungsform mindestens zu verwendenden Ausgangsmaterialien sind: (i) ein Vorläufer-Material, (ii) eine zur Hydrolyse des vorgenannten Vorläufer-Materials geeignete Substanz, die im Folgenden als Hydrolyse-Katalysator bezeichnet werden soll, sowie (iii) ein wasserlösliches Polymer. The least to be used in the present embodiment Starting materials are: (i) a precursor material, (ii) one for the hydrolysis of the The aforementioned precursor material suitable substance, which in the following as Hydrolysis catalyst should be referred to, and (iii) a water-soluble polymer.

Das Vorläufer-Material liefert durch Hydrolyse und Kondensation das im Sol- Gel-Verfahren zu erzeugende Gerüst des Monolithen. Als Vorläufer-Materialien können im Prinzip alle polymerisierbaren Substanzen mit niedrigem Molekurgewicht eingesetzt werden und dabei insbesondere: Metall-Alkoxide, Metall- Alkoxide mit mindestens einer nicht hydrolysierbaren Gruppe; polymerisierbare Metall-Salze und dabei insbesondere Metall-Halogenide, sowie Metall-Hydroxide wie Al-, Fe- oder Bi-Hydroxide, sowie Koordinationsverbindungen mit Carboxyl oder β-Diketon-Liganden. Unter "Metallen" im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei nicht nur die in Lehrbüchern gemeinhin definierten metallischen Leiter zu verstehen, sondern auch Halbmetalle und Halbleiter, d. h. insbesondere B, Si, Ge, As, Se, Sb und Te. Zu den Alkoxiden zählen insbesondere Tetraethoxysilan (TEOS), Tetramethoxysilan (TMOS), Tetrapropoxysilan (TPOS), sowie polymerisierte Derivate hiervon; zu den Halogeniden zählen in wässriger Lösung zersetzliche Halogenide, insbesondere Chloride wie SiCl4, AlCl4, TiCl4, ZrCl4, NbCl5, TaCl5, WCl6 oder SnCl4. Prinzipiell ist es auch denkbar, oligomere Vorläufer- Materialien zu verwenden sowie organisch modifizierte Silikate. Eingeschlossen ist auch die Kombination von zwei oder mehr der vorstehenden Substanzen. The precursor material provides the scaffold of the monolith to be produced in the sol-gel process by hydrolysis and condensation. In principle, all polymerizable substances with a low molecular weight can be used as precursor materials, and in particular: metal alkoxides, metal alkoxides with at least one non-hydrolyzable group; polymerizable metal salts and in particular metal halides, and metal hydroxides such as Al, Fe or Bi hydroxides, as well as coordination compounds with carboxyl or β-diketone ligands. "Metals" in the sense of the present invention are not only to be understood as the metallic conductors generally defined in textbooks, but also semi-metals and semiconductors, ie in particular B, Si, Ge, As, Se, Sb and Te. The alkoxides include, in particular, tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), tetrapropoxysilane (TPOS), and polymerized derivatives thereof; The halides include halides which are decomposable in aqueous solution, in particular chlorides such as SiCl 4 , AlCl 4 , TiCl 4 , ZrCl 4 , NbCl 5 , TaCl 5 , WCl 6 or SnCl 4 . In principle, it is also conceivable to use oligomeric precursor materials and organically modified silicates. The combination of two or more of the above substances is also included.

Die Verwendung von TEOS als Vorläufer-Material ist dabei besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Verbindung. Weiter bevorzugt ist der gemeinsame Einsatz von Vorläufer-Materialien, die Metalle enthalten mit silikatischen Vorläufer-Materialien, wie insbesondere TEOS. Als Vorläufer-Materialien, die Metalle enthalten, können generell alle im vorstehenden Abschnitt genannten metall- haltigen Materialien oder metall-haltigen Komponenten oder Verbindungen eingesetzt werden, wobei die hydrolysierbaren Alkoxide von Zr, Ti, Nb, Ta, Al, Sn und Pb besonders bevorzugt sind. Es ist auch denkbar, die erfindungsgemäße monolithische und zersetzbare Keramik ausschließlich unter Verwendung von Vorläufer-Materialien, die Metalle enthalten herzustellen. The use of TEOS as a precursor material is particularly preferred in the sense of the present connection. The common is more preferred Use of precursor materials that contain metals with silicate Precursor materials, such as TEOS in particular. As forerunners, the metals can generally contain all of the metal containing materials or metal-containing components or connections are used, the hydrolyzable alkoxides of Zr, Ti, Nb, Ta, Al, Sn and Pb are particularly preferred. It is also conceivable that the invention monolithic and decomposable ceramics using only Manufacture precursor materials that contain metals.

Das Verwenden hydrolysierbarer metall-haltiger Komponenten ist ein möglicher Weg, um zum erfindungsgemäßen Material mit mindestens einem in die Porenstruktur integrierten metallischen Aktiv-Zentrum zu gelangen. Ein weitere möglicher Weg wird unten im Rahmen der Nachbehandlung angegeben. Unter einem "metallischem Aktiv-Zentrum" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede metallische oder metall-haltige Aggregation verstanden, die mindestens ein Metall-Atom enthält und Bestandteil der inneren und/oder äußeren Oberfläche des erfindungsgemäßen porösen Materials ist, d. h. katalytisch wirken kann. The use of hydrolyzable metal-containing components is one possible Way to the material according to the invention with at least one in the To achieve pore structure integrated metallic active center. Another one the possible route is given below as part of the aftercare. Under a "Metallic active center" in the sense of the present invention is any understood metallic or metal-containing aggregation, the at least one Contains metal atom and part of the inner and / or outer surface of the porous material according to the invention, d. H. can act catalytically.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Herstellungsmethode für ein zumindest bimodales, poröses und monolithisches Material ist die Möglichkeit, die Acidität katalytisch aktiver metallischer Zentren gezielt einstellen zu können. Das Metall kann dabei als Redox-Zentrum in mehr oder weniger stark basischer oder saurer Umgebung wirken, beispielsweise bestimmt durch das Verhältnis von TEOS zu Metall- Alkoxid und/oder den Einsatz von metallischen Mischoxiden oder Oxid- Mischungen, die in großer Bandbreite vorliegen und in ihrer Konzentration über weite Bereiche variiert werden können. Das erfindungsgemäße katalytisch aktive Material mit Metall-Zentren kontrollierter Acidität/Basizität ist demnach z. B. herkömmlichen Katalysatoren für Oxidationsreaktionen (wie beispielsweise Vanadiumoxid auf einem Träger) überlegen, da bei diesen Katalysatoren deren inhärente Acidität zu verringerter Selektivität führt und somit nachträglich eine genügend große Menge an basischen Zusatzstoffen zudotiert werden muss. A major advantage of this manufacturing method for an at least bimodal, porous and monolithic material is the ability to catalytic acidity to be able to specifically set active metallic centers. The metal can as a redox center in a more or less strongly basic or acidic environment act, for example determined by the ratio of TEOS to metal Alkoxide and / or the use of mixed metallic oxides or oxide Mixtures that are available in a wide range and in their concentration wide ranges can be varied. The catalytically active according to the invention Material with metal centers of controlled acidity / basicity is therefore e.g. B. conventional catalysts for oxidation reactions (such as Vanadium oxide on a support), because with these catalysts their inherent acidity leads to reduced selectivity and thus a subsequent enough large amount of basic additives must be added.

Als Substanz, die zur Hydrolyse des Vorläufer-Materials führt, d. h. als Hydrolyse- Katalysator, kann jede Substanz eingesetzt werden, welche die Hydrolyse des Vorläufer-Materials zumindest teilweise befördert. Diese können basische oder saure Substanzen sein, wobei saure Substanzen im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, da diese generell zur Ausbildung von kondensierten Clustern (Nano-Teilchen) führen. Als basische Substanzen seien hier nur Ammoniak, Amine und Ammoniumhydroxid-Lösungen genannt. Als sauere Substanzen seien Mineralsäuren wie Salpetersäure, Schwefelsäure oder Salzsäure genannt, sowie organische Säuren wie Essigsäuren und weiterhin insbesondere Fluorsäure (HF) sowie fluoridhaltige Lösungen ganz allgemein. As a substance that leads to hydrolysis of the precursor material, i. H. as hydrolysis Catalyst, any substance can be used that the hydrolysis of the Forerunner material at least partially transported. These can be basic or be acidic substances, acidic substances in the sense of the present Invention are preferred because they are generally used to form condensed Clusters (nano-particles) lead. The only basic substances here are ammonia, Amines and ammonium hydroxide solutions called. As acidic substances Mineral acids such as nitric acid, sulfuric acid or hydrochloric acid called, as well organic acids such as acetic acids and especially fluoric acid (HF) and fluoride-containing solutions in general.

Die Verwendung verdünnter Mineralsäuren, insbesondere von verdünnter Salpetersäure, sowie verdünnter organischer Säuren, insbesondere von verdünnter Essigsäure, als Hydrolyse-Katalysatoren ist dabei besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung. The use of dilute mineral acids, especially dilute ones Nitric acid, as well as dilute organic acids, especially dilute ones Acetic acid as a hydrolysis catalyst is particularly preferred in the sense of present invention.

Wasserlösliche Polymere, die den oben angegebenen Ansprüchen genügen können ausgewählt werden aus der folgenden Gruppe umfassend neutrale Polymere, insbesondere Poly(ethylenoxide), Poly(vinylpyrrolidone), Poly(acrylamide), Polyole wie Poly(ethylenglykole), Polyole mit Formamid; ionische Polymere, insbesondere Polyacrylsäuren, Poly(Alkalimetallion-Styrolsulfonate), Poly(allylamine); sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorgenannten Substanzen. Water-soluble polymers that meet the above requirements can be selected from the following group comprising neutral polymers, in particular poly (ethylene oxides), poly (vinyl pyrrolidones), poly (acrylamides), Polyols such as poly (ethylene glycols), polyols with formamide; ionic polymers, in particular polyacrylic acids, poly (alkali metal ion styrene sulfonates), poly (allylamines); and combinations of two or more of the aforementioned substances.

Die Verwendung von Polyethylenglykol (PEG) als wasserlösliches Polymer ist dabei besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung. The use of polyethylene glycol (PEG) as a water soluble polymer is particularly preferred in the sense of the present invention.

Das Medium, in welchem die vorgenannten Substanzen zusammengegeben werden, um ein Sol-Gel-Verfahren durchzuführen ist typischerweise ein wässriges Medium, welches im Falle der Verwendung einer Säure als Hydrolyse- Katalysator naturgemäß sauer ist. Medien, die Alkohole oder andere Lösungsmittel und/oder Salze enthalten sind gleichfalls denkbar. The medium in which the aforementioned substances are combined to perform a sol-gel process is typically an aqueous one Medium which, if an acid is used as hydrolysis Catalyst is naturally acidic. Media, the alcohols or others Solvents and / or salts are also conceivable.

Zusätzlich zu den oben genannten Substanzen, die mindestens zusammengegeben werden müssen, um im erfindungsgemäßen Sol-Gel-Verfahren das erfindungsgemäße Material zu erhalten, d. h. zusätzlich zu Vorläufer-Material, Hydrolyse- Katalysator sowie wasserlöslichem Polymer, können optional beliebige weitere Hilfsstoffe, Wirkstoffe oder Zusatzstoffe zugegeben werden, soweit diese das Sol- Gel-Verfahren nicht dergestalt in negativer Weise beeinflussen, als dass dieses als Ganzes nicht mehr durchführbar ist. Solche zusätzlichen optionalen Stoffe können ausgewählt werden aus der folgenden Gruppe umfassend: Salze, Puffer, Fasern, insbesondere Zellulose; Füllstoffe; in die Poren einzuschließende oder im Gerüst fixierte Hilfs-, Wirk-, Zusatz-, Duft- oder Geschmacksstoffe, insbesondere pharmazeutische Wirkstoffe, Enzyme, Proteine, Peptide; Quellmittel; Verdickungsmittel; Farbstoffe, Pigmente; metallhaltige Komponenten, insbesondere Metall- Ionen oder kolloidale Metalle; Polymerisationsstarter oder -inhibitoren; sowie Kombinationen aus mindestens zwei der vorstehenden Substanzen. In addition to the above substances, at least added together have to be in the sol-gel process according to the invention to obtain material according to the invention, d. H. in addition to precursor material, hydrolysis Catalyst as well as water-soluble polymer, can optionally any other Auxiliaries, active ingredients or additives are added, insofar as these Do not adversely affect the gel process in such a way that this as Whole is no longer feasible. Such additional optional fabrics can are selected from the following group comprising: salts, buffers, fibers, especially cellulose; fillers; to be enclosed in the pores or in the framework fixed auxiliaries, active ingredients, additives, fragrances or flavors, in particular active pharmaceutical ingredients, enzymes, proteins, peptides; Swelling agents; Thickener; Dyes, pigments; metal-containing components, especially metal Ions or colloidal metals; Polymerization initiators or inhibitors; such as Combinations of at least two of the above substances.

Das eigentliche Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Materials besteht darin, dass die oben angeführten Komponenten, die in dieser Zusammensetzung als Sol bezeichnet werden, in einem Schritt (I) des Inkontaktbringens unter Rühren zueinander gegeben und in eine Form eingetragen werden, wobei die Form naturgemäß die äußeren Konturen des Monolithen bestimmt. Konkrete Mengenverhältnisse, die im Sol vorliegen, sowie absolute Gewichtsangaben sind in den Ausführungsbeispielen gegeben. Im folgenden soll der Rahmen gegeben werden, in welchem sich die Mengenverhältnisse in den bevorzugten Ausführungsformen bewegen können. Die Spezifikation solcher Mengenangaben soll in keinster Weise andere Ausführungsformen mit anderen Mengenverhältnissen vom Schutzumfang ausschließen, sondern dient lediglich der Illustration. Diese bevorzugten Mengenverhältnisse führen zu einem Material, welches im Sinne der Erfindung formstabil ist, d. h. einen Monolithen ergibt, sowie welches zumindest teilweise verknüpfte Kanäle verbundener makroskopischer Poren aufweist. Das bevorzugte Molekulargewicht von PEG wurde bereits oben gegeben. The actual process for producing the material according to the invention is that the components listed above that are included in this Composition referred to as sol in a step (I) of contacting Stir given to each other and entered in a form, the Shape naturally determines the outer contours of the monolith. concrete Ratios of quantities present in the sol as well as absolute weights given in the exemplary embodiments. The framework is given below in which the proportions in the preferred Embodiments can move. The specification of such quantities is to be found in in no way other embodiments with different proportions from Exclude scope of protection, but is for illustration purposes only. This preferred proportions lead to a material which in the sense of Invention is dimensionally stable, d. H. results in a monolith, and which one at least partially connected channels of connected macroscopic pores. The preferred molecular weight of PEG has already been given above.

Bei Verwendung von TEOS und Salpetersäure zusammen mit PEG ist ein Gehalt an PEG im Bereich von 2 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht bevorzugt, wobei 3 bis 6 Gew.-% besonders bevorzugt sind. Bei einem PEG-Gehalt unterhalb von 3% sind die Makroporen zum größten Teil isoliert, wohingegen bei einem PEG-Gehalt oberhalb von 6% die poröse Struktur zusammenzubrechen beginnt und einzelne Teilchen entstehen können, d. h. die monolithischen Eigenschaften verloren gehen. Durch Variation des PEG-Gehaltes zwischen 3 und 6 Gew.-% kann der Durchmesser der Makroporen von 1 bis 80 µm variiert werden, wobei ein hoher PEG-Gehalt einem kleinen Durchmesser der Makroporen entspricht. There is a content when using TEOS and nitric acid together with PEG of PEG in the range of 2 to 10 wt .-% based on the total weight preferred, 3 to 6% by weight being particularly preferred. With a PEG content below 3%, the macropores are largely isolated, whereas in a PEG content above 6% to break down the porous structure begins and individual particles can arise, d. H. the monolithic Properties are lost. By varying the PEG content between 3 and 6% by weight the diameter of the macropores can be varied from 1 to 80 µm, with a high PEG content a small diameter of the macropores equivalent.

Der relative Anteil an TEOS (wiederum bei Verwendung von TEOS, PEG und Salpetersäure) wird mit Hilfe des sogenannten "r-Wertes" angegeben, der als das molare Verhältnis von Si (aus dem TEOS) zu Wasser angegeben wird. Für vollständige Hydrolyse, für die naturgemäß vier Wassermoleküle notwendig sind, ergibt sich somit ein r-Wert von 4. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der r-Wert von TEOS, bezogen auf den Wassergehalt, zwischen 10 und 20, wobei ein r-Wert, der zwischen 12 und 18 liegt besonders bevorzugt ist. Bei großen r- Werten, d. h. bei geringer Si-Konzentration, bilden sich partikelförmige Aggregate, wohingegen bei kleinen r-Werten die Makroporen isoliert vorliegen, d. h. die Transportkanäle verloren gehen. Die Größe der Makroporen wird durch den r- Wert ebenfalls beeinflusst, wenngleich nicht so stark wie durch Variation des PEG-Gehaltes, und liegt zwischen 80 µm (kleiner r-Wert) und 5 µm (großer r- Wert). The relative percentage of TEOS (again when using TEOS, PEG and Nitric acid) is specified using the so-called "r-value", which as the molar ratio of Si (from the TEOS) to water is given. For complete hydrolysis, which naturally requires four water molecules, This results in an r-value of 4. In a preferred embodiment lies the r-value of TEOS, based on the water content, between 10 and 20, where an r value that is between 12 and 18 is particularly preferred. With large r- Values, d. H. at low Si concentrations, particulate form Aggregates, whereas with small r values the macropores are isolated, d. H. the Transport channels are lost. The size of the macropores is determined by the Value also affected, though not as much as by varying the PEG content, and is between 80 µm (small r-value) and 5 µm (large r- Value).

Es soll an dieser Stelle festgehalten werden, dass die Größe und Interkonnektivität der Makroporen im wesentlichen durch die Mengenverhältnisse PEG zu Gesamtmasse und TEOS zu Wasser gegeben ist, wohingegen die Größe der Mesoporen im wesentlichen durch die Eigenheiten des unten besprochenen Lösungsmittelaustausches bedingt ist. It should be noted at this point that the size and interconnectivity of the macropores essentially due to the quantitative ratios PEG Total mass and TEOS is given to water, whereas the size of the mesopores essentially by the peculiarities of what is discussed below Solvent exchange is conditional.

Nachdem die Komponenten in den o. a. Mengenverhältnissen zusammengegeben und das so erhaltene Sol in das Formgefäß eingeführt worden ist, wird das Sol bei Temperaturen, die im Bereich zwischen 20°C und 80°C liegen, besonders bevorzugt um 40°C, in ein Gel umgewandelt. Bei Verwendung von TEOS, PEG und Salpetersäure in den o. a. Mengenverhältnissen ergibt sich bei 40°C eine Geldauer, tgel, von 4 bis 6 Stunden (bei der optionalen Verwendung eines Amphiphilen, wie beispielsweise dem unten beschriebenen CTAB, kann die Geldauer im Bereich von 4 Stunden bis 12 Stunden liegen). After the components have been combined in the proportions mentioned above and the sol thus obtained has been introduced into the molding vessel, the sol is converted into a gel at temperatures which are in the range between 20.degree. C. and 80.degree. C., particularly preferably around 40.degree , When using TEOS, PEG and nitric acid in the above proportions, the gel duration at 40 ° C is 4 to 6 hours (with the optional use of an amphiphile, such as the CTAB described below, the gel duration can be in the range of 4 hours to 12 hours).

Anschließend an diesen Sol-Gel-Übergang, wird das Gel für mindestens 48 Stunden gealtert. Das Altern kann bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 80°C erfolgen, wobei eine Temperatur von 40°C im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist. Das Altern im Sinne der Erfindung wird als Teil des Sol- Gel-Überganges, d. h. des Schrittes (II), angesehen und dient dazu, das (im Falle der Verwendung von TEOS) silikatische Netzwerk zu stärken und damit die Rissbildung im Monolithen zu mindern oder ganz zu verhindern. Following this sol-gel transition, the gel is used for at least 48 Hours aged. Aging can occur at temperatures in the range of 20 ° C to 80 ° C take place, a temperature of 40 ° C in the sense of the present invention is particularly preferred. Aging in the sense of the invention is part of the sol- Gel transition, d. H. of step (II), and serves to (in the case the use of TEOS) to strengthen the silicate network and thus the Reduce or prevent cracking in the monolith.

Ein nächster Schritt im erfindungsgemäßen Verfahren ist Schritt (III), nämlich das Entfernen des Lösungsmittels bzw. der Austausch von Lösungsmittel. Im Verlauf von Altern und Trocknen kann Lösungsmittel aus den Poren entfernt werden. Der Lösungsmittelaustausch erfolgt durch Eintauchen des Gels in eine wässrige Lösung mit saurem oder basischem Charakter, je nachdem, ob ein saures Lösungsmittel (hier z. B. Salpetersäure) gegen ein basisches ausgetauscht werden soll oder umgekehrt. Der Lösungsmittelaustausch ist wesentlich für das Erzielen einer engen Porengrößenverteilung der Mesoporen, bedingt durch das Auflösen und Wieder-Abscheiden der Matrix. A next step in the method according to the invention is step (III), namely that Removing the solvent or replacing the solvent. In the course aging and drying can remove solvents from the pores. The The solvent is exchanged by immersing the gel in an aqueous one Solution with an acidic or basic character, depending on whether it is acidic Solvent (here e.g. nitric acid) should be exchanged for a basic one or vice versa. Solvent exchange is essential for achieving one narrow pore size distribution of the mesopores, due to the dissolution and Redeposition of the matrix.

Im Falle eines Gels, welches aus TEOS, PEG und Salpetersäure erhalten wurde, ist der Lösungsmittelaustausch mit Ammoniumhydroxid-Lösung eine bevorzugte Ausführungsform. Je geringer die Konzentration an Ammoniumhydroxid, desto kleiner werden die Mesoporen. Die Größe der Mesoporen kann also durch Variieren der Ammoniumhydroxid-Konzentration eingestellt werden, wobei Konzentrationen an Ammoniumhydroxid von 0.01 mol/l bis 2 mol/l bevorzugt sind. Der mittlere Porendurchmesser der Mesoporen beträgt etwa 3 nm bei 0.02 molarer Lösung und 16 nm bei 2 molarer Lösung, wobei die Werte für den Porendurchmesser jeweils per Hg-Porosimetrie erhalten wurden. In the case of a gel obtained from TEOS, PEG and nitric acid, solvent exchange with ammonium hydroxide solution is a preferred one Embodiment. The lower the concentration of ammonium hydroxide, the more the mesopores become smaller. The size of the mesopores can therefore be determined by Varying the ammonium hydroxide concentration can be adjusted, whereby Concentrations of ammonium hydroxide from 0.01 mol / l to 2 mol / l are preferred. The average pore diameter of the mesopores is about 3 nm at 0.02 molar Solution and 16 nm with 2 molar solution, the values for the Pore diameters were obtained by mercury porosimetry.

Dabei ist eine Temperatur im Bereich von 40°C bis 95°C bevorzugt, wobei eine Temperatur im Bereich von 70°C bis 90°C besonders bevorzugt ist. Je niedriger die Temperatur, umso kleiner werden die Mesoporen. Typischerweise wird der Lösungsmittelaustausch für 5 bis 10 Stunden durchgeführt, wobei die Zeiten umso länger werden, je niedriger die Temperatur ist. Das Volumen der auszutauschenden Flüssigkeit soll etwa 10 mal größer sein als das Volumen des Monolithen, wobei prinzipiell aber jeder Wert für das Volumenverhältnis denkbar ist, solange nur der Monolith vollständig in Lösungsmittel eingetaucht ist. Bezüglich des Lösungsmittelaustausches werden in diesem Kontext die Ergebnisse der WO 95/03256 sowie von N. Ishizuka et al., J. of Chromatography 797 (1998) 133-137 vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen. A temperature in the range from 40 ° C. to 95 ° C. is preferred, one being Temperature in the range of 70 ° C to 90 ° C is particularly preferred. The lower the temperature, the smaller the mesopores. Typically the Solvent exchange is carried out for 5 to 10 hours, the times all the more become longer the lower the temperature. The volume of the liquid to be exchanged should be about 10 times larger than the volume of the monolith, in principle, however, any value for the volume ratio is conceivable as long as only the monolith is completely immersed in solvent. Regarding the In this context, solvent exchange will be the results of WO 95/03256 and N. Ishizuka et al., J. of Chromatography 797 (1998) 133-137 fully included in the present application.

Im Anschluss an den Lösungsmittelaustausch werden die Monolithen gewaschen (z. B. mit 0,1 m Salpetersäure und anschließend mit Ethanol) und für drei Tage bei etwa 60°C getrocknet. Dieser Wasch- und Trocknungs-Schritt wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als Trocknungs-Schritt (IV) angesehen. Der so erhaltene Formkörper oder Monolith wird erfindungsgemäß als "Grünkörper" bezeichnet und kann zur erfindungsgemäßen Verwendung eingesetzt werden. Insbesondere kann der Grünkörper allen Nachbehandlungen unterworfen werden, so z. B. dem Tränken oder Inkontaktbringen mit katalytisch aktiven Substanzen, (pharmazeutischen) Wirkstoffen, Vitaminen, Enzymen, Peptiden, Pflanzenextrakten, Phytotherapeutika, Duft- und Geschmacksstoffen, Hilfsstoffen, Nährstoffen, kosmetischen Stoffen, Farbstoffen etc. Dabei ist der erfindungsgemäße Grünkörper unter physiologischen Bedingungen, d. h. insbesondere im Kontakt mit Wasser, zersetzbar. d. h. alle vorgenannten Stoffe können zu einem späteren Zeitpunkt an einer vorbestimmten Stelle wieder freigesetzt werden. After the solvent exchange, the monoliths are washed (e.g. with 0.1 M nitric acid and then with ethanol) and for three days dried about 60 ° C. This washing and drying step is in the sense of present invention as drying step (IV) viewed. The so obtained According to the invention, shaped bodies or monoliths are referred to as “green bodies” and can be used for the use according to the invention. In particular the green body can be subjected to all post-treatments, e.g. B. the Watering or contacting with catalytically active substances, (pharmaceutical) active ingredients, vitamins, enzymes, peptides, plant extracts, Phytotherapeutics, fragrances and flavors, auxiliaries, nutrients, cosmetic Substances, dyes, etc. The green body according to the invention is below physiological conditions, d. H. decomposable, especially in contact with water. d. H. All of the aforementioned substances can be used at a later date predetermined place are released again.

Eine bevorzugte Form der Nachbehandlung besteht darin, dass mindestens ein Teil der inneren Oberfläche, die durch die Mikro-, Meso- oder Makroporen bzw. die daraus entstandenen Kanäle gegeben ist, funktionalisiert wird. Die lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass freie Hydroxylgruppen der Gerüstsubstanz durch Reaktion, beispielsweise durch Veresterung, abgesättigt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann somit beispielsweise die wegen der Hydroxy-Gruppen eigentlich hydrophile innere Oberfläche zumindest teilweise lipophil gemacht werden. A preferred form of aftertreatment is that at least one Part of the inner surface that is formed by the micro, meso or macro pores or the resulting channels are given, are functionalized. It can be achieve, for example, that free hydroxyl groups of the structural substance be saturated by reaction, for example by esterification. In a particularly preferred embodiment can thus, for example, because of the hydroxyl groups actually hydrophilic inner surface at least partially made lipophilic.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Nachbehandlung wird ein (vorzugsweise leicht) hydrolysierbares Vorläufer-Material, das mindestens eine metallische Komponente enthält, mit dem erfindungsgemäßen Material (Grünkörper vor der Kalzinierung oder Formkörper nach der Kalzinierung) in Kontakt gebracht. Das Inkontaktbringen kann dabei unter allen Bedingungen erfolgen, die unten im Zusammenhang mit kontrollierten Atmosphären genannt sind, d. h. insbesondere unter Vakuum oder unter gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhtem Druck. Das Inkontaktbringen kann durch Tränken oder Abscheidung erfolgen, wobei das Abscheiden aus der Gasphase und/oder der flüssigen Phase erfolgen kann. Das Inkontaktbringen kann kontinuierlich, konsekutiv (d. h. die Mikroporen zuerst, dann die Meso- und/oder Makroporen) oder in beliebigen Schritten und/oder Zwischenzuständen erfolgen. Anschließend an das Inkontaktbringen wird die Hydrolyse von zumindest einem Teil des hydrolysierbaren Materials induziert. Für die Hydrolyse und als metallhaltiges Vorläufer-Material sind alle metallhaltigen Substanzen geeignet, die an die in den Poren des erfindungsgemäßen Materials vorliegenden OH-Gruppen und/oder an andere denkbare Funktionaltäten anbinden, mit diesen verestern oder anderweitig eine stabile Bindung formen. Eine Bindung ist im Sinne der Erfindung stabil, wenn sie unter den verwendungsgemäßen Bedingungen bestehen bleibt. Die metall-haltigen Vorläufer- Materialien können aus der oben im Zusammenhang mit Vorläufer-Materialien ganz allgemein genannten Gruppe der metallhaltigen Vorläufer-Materialien ausgewählt werden. Organometallische Verbindungen, Metall-Salze sowie kolloidale Metalle sind dabei bevorzugt und Metallocene besonders bevorzugt. In a further preferred embodiment of the aftertreatment, a (preferably easily) hydrolyzable precursor material that has at least one contains metallic component, with the material according to the invention (green body before calcination or moldings after calcination) in contact brought. The contacting can take place under all conditions that are mentioned below in connection with controlled atmospheres, d. H. in particular under vacuum or under an increase compared to the ambient pressure Print. The contacting can be done by watering or separating, the separation from the gas phase and / or the liquid phase taking place can. The contacting can be continuous, consecutive (i.e. the micropores first, then the meso- and / or macropores) or in any steps and / or intermediate states. After contacting the hydrolysis of at least part of the hydrolyzable material induced. All are for hydrolysis and as a metal-containing precursor material Suitable metal-containing substances that attach to the in the pores of the present OH groups and / or other conceivable material Connect functionalities, esterify with them or otherwise a stable bond to form. A bond is stable in the sense of the invention if it is among the conditions of use remain. The metal-containing precursors Materials can be from the above related precursor materials Generally named group of metal-containing precursor materials to be selected. Organometallic compounds, metal salts and colloidal Metals are preferred and metallocenes are particularly preferred.

Die so entstehenden aktiven Metall-Zentren können je nach Konzentration des mit den Innenwänden der Poren in Kontakt gebrachten metall-haltigen Vorläufer- Materials sowie in Abhängigkeit von der Funktionalität der Poren (Dichte der OH-Gruppen, Reaktivität der OH-Gruppen, Benetzbarkeit der Poren etc.) prinzipiell in drei verschiedenen funktionalen Modifikationen vorkommen: (a) als einzelne Aktiv-Zentren (single site contact), (b) als an die Oberfläche einer Pore angebundenes Nano-Teilchen sowie (c) bei genügender Dichte an Zentren als Film. Natürlich sind auch alle Zwischen-Zustände denkbar wie z. B. lineare Ketten, fraktale Pfade oder beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Modifikationen. The resulting active metal centers can, depending on the concentration of the metal-containing precursors brought into contact with the inner walls of the pores Material as well as depending on the functionality of the pores (density of the OH groups, reactivity of the OH groups, wettability of the pores etc.) principally occur in three different functional modifications: (a) as single active centers (single site contact), (b) as on the surface of a pore attached nano-particles and (c) with sufficient density at centers as a film. Of course, all intermediate states are also conceivable, e.g. B. linear chains, fractal paths or any combination of the above Modifications.

Das bezüglich der funktionalen Modifikation Gesagte gilt sinngemäß auch für Aktiv-Zentren, die wie vorstehend beschrieben durch (Co-)Hydrolyse von metall- haltigen Vorläufer-Materialien entstehen. The statements made regarding the functional modification also apply analogously to Active centers, which, as described above, by (co-) hydrolysis of metal containing precursor materials.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße mindestens bimodale silikatische Monolith im Zuge eines Nachbehandlungs-Schrittes mit mindestens einer kohlenstoffhaltigen Vorläufer-Verbindung in Kontakt gebracht. Die kohlenstoffhaltige Verbindung kann im Prinzip jede Substanz sein, die mindestens ein Kohlenstoffatom enthält. Dabei sind Alkohole und Kohlenhydrate bevorzugt. Unter "Inkontaktbringen" ist jedes Ein- und/oder Aufbringen der kohlenstoffhaltigen Vorläufer-Verbindung mit dem/auf das poröse silikatische Material zu verstehen. Dabei ist das Tränken mit einer flüssigen Lösung, z. B. von Sacharose oder Furfuryl-Alkohol, bevorzugt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wirkt dann das mindestens bimodale silikatische erfindungsgemäße Material als Templat. In a further preferred embodiment, the invention at least bimodal silicate monolith in the course of a post-treatment step in contact with at least one carbon-containing precursor compound brought. In principle, the carbon-containing compound can be any substance that contains at least one carbon atom. There are alcohols and carbohydrates prefers. Every contact and / or application is the "contact" carbon-containing precursor compound with / on the porous silicatic Understand material. Soaking with a liquid solution, e.g. B. from Sucrose or furfuryl alcohol, preferred. In the sense of the present invention the at least bimodal silicate material according to the invention then acts as Template.

Nach dem Tränken kann das nun kohlenstoff-haltige erfindungsgemäße Material so weiterbehandelt werden, wie es beispielsweise in den beiden Veröffentlichungen M. Kruk et al., J. Phys. Chem. B 104 (2000) 7960 sowie R. Ryoo, S. H. Joo und S. J. Jun, J. Phys. Chem B 103 (1999) 7743 beschrieben ist. In diesem Kontext sind diese beiden Veröffentlichungen vollumfänglich als Referenz Teil der vorliegenden Erfindung. Im wesentlichen handelt es sich bei der Weiterbehandlung um ein Kalzinieren bei Temperaturen größer als 500°C, bevorzugt bei etwa 1000°C, unter Stickstoff sowie ein anschließendes Verkoken unter Vakuum. Optional kann nun das silikatische Templat entfernt werden, beispielsweise durch Behandeln des Formkörpers mit HF und/oder NaOH. Hiernach verbleibt ein im wesentlichen kohlenstoffhaltiger oder in Gänze aus Kohlenstoff bestehender poröser monolithischer Formkörper zurück, der bezüglich der Porenstruktur ähnliche Eigenschaften aufweist wie der als Templat verwendete silikatische Formkörper. Als Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist zu nennen, dass bei Verwenden des erfindungsgemäßen Monoliths als Templat auch ein kohlenstoffhaltiger Monolith entsteht, d. h. nicht nur ein poröses Pulver. After impregnation, the now carbon-containing material according to the invention can be treated as it is, for example, in the two Publications M. Kruk et al., J. Phys. Chem. B 104 (2000) 7960 and R. Ryoo, S.H. Joo and S.J. Jun, J. Phys. Chem B 103 (1999) 7743. In this context these two publications are fully part of the reference present invention. Essentially, further processing is involved calcining at temperatures greater than 500 ° C, preferably at about 1000 ° C, under nitrogen and a subsequent coking under vacuum. Optionally can the silicate template can now be removed, for example by treating the Shaped body with HF and / or NaOH. After that, one essentially remains carbon-containing or entirely porous monolithic molded body, which has similar properties with regard to the pore structure has like the silicate molded body used as a template. As an advantage compared to the prior art, it should be mentioned that when using the inventive monolith as a template also a carbon-containing monolith arises, d. H. not just a porous powder.

Beim Kalzinieren, d. h. bei Schritt (V), werden die Grünkörper in einer offenen oder in einer kontrollierten Atmosphäre gebrannt. Die Temperatur kann dabei zwischen der Trocknungstemperatur und 500°C liegen. Temperaturen zwischen der Trocknungstemperatur und 300°C sind besonders bevorzugt. Die Kalzinierungszeiten hängen vom gewünschten Grad des Aushärtens ab und können zwischen wenigen Stunden und einigen Tagen liegen. Der wesentliche Zweck des Kalzinierens liegt, neben dem weiteren Aushärten, insbesondere im Entfernen etwaiger unerwünschter organischer Komponenten. Grundsätzlich kann das Kalzinieren vor oder nach der Nachbehandlung erfolgen. Kalzinieren vor der Nachbehandlung beeinflusst u. a. die Zahl an OH-Funktionalitäten und damit unter Umständen auch die Nachbehandlung. So bedingt beispielsweise eine verringerte Zahl an OH-Funktionalitäten auch eine verringerte Zahl an metall-haltigen Aktivzentren. When calcining, i.e. H. at step (V), the green bodies are in an open or burned in a controlled atmosphere. The temperature can between the drying temperature and 500 ° C. Temperatures between the drying temperature and 300 ° C are particularly preferred. The Calculation times depend on the desired degree of curing and can are between a few hours and a few days. The main purpose of the Calcining, in addition to further hardening, is in particular removing any unwanted organic components. Basically, it can Calcine before or after the treatment. Calcine before Aftercare affects u. a. the number of OH functionalities and thus below Aftertreatment under certain circumstances. For example, a reduced Number of OH functionalities also a reduced number of metal-containing ones Active centers.

Unter kontrollierten Atmosphären im Sinne der vorliegenden Erfindung werden verstanden: Inertgase, reduzierende Atmosphären, beispielsweise Formiergase enthaltend Wasserstoff, hydrothermale Bedingungen, insbesondere Dämpfe, oxidierende Atmosphären, Reaktivgase, Atmosphären unter erhöhtem oder erniedrigtem Druck sowie alle möglichen Kombinationen und/oder Mischungen der vorstehend genannten Atmosphären. Under controlled atmospheres in the sense of the present invention understood: inert gases, reducing atmospheres, for example forming gases containing hydrogen, hydrothermal conditions, especially vapors, oxidizing atmospheres, reactive gases, atmospheres under elevated or reduced pressure and all possible combinations and / or mixtures of atmospheres mentioned above.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform wird nicht nur ein monolithisches keramisches zersetzbares Material mit bimodaler Porenstruktur erhalten, d. h. mit Makro- und Mesoporen oder mit Mikro- und Mesoporen, sondern ein monolithisches keramisches zersetzbares Material mit trimodaler Porenstruktur, insbesondere mit Makro-, Meso- und Mikroporen. Dabei sind alle Verfahrensschritte analog zu den oben beschriebenen Schritten (I) bis (IV), mit der Ausnahme, dass im Schritt (I) zusätzlich zum Vorläufer-Material, zum Hydrolyse- Katalysator sowie zum wasserlöslichen Polymer eine vierte Komponente hinzugegeben wird, und zwar eine amphiphile Substanz:

  • A) Inkontaktbringen eines Vorläufer-Materials, eines wasserlöslichen Polymers, einer amphiphilen Substanz, sowie eines Hydrolyse- Katalysators;
  • B) Induzieren des Sol-Gel-Überganges für das Gemisch aus (I);
  • C) Entfernen und Austauschen des Lösungsmittels im Gel aus (II) oder Entfernen oder Austauschen des Lösungsmittels;
  • D) Trocknen des aus (III) erhaltenen Grünkörpers.
In a further, particularly preferred embodiment, not only is a monolithic ceramic decomposable material with a bimodal pore structure obtained, ie with macro and mesopores or with micro and mesopores, but a monolithic ceramic decomposable material with a trimodal pore structure, in particular with a macro, meso and micropores. All process steps are analogous to steps (I) to (IV) described above, with the exception that in step (I) a fourth component is added in addition to the precursor material, the hydrolysis catalyst and the water-soluble polymer an amphiphilic substance:
  • A) contacting a precursor material, a water-soluble polymer, an amphiphilic substance, and a hydrolysis catalyst;
  • B) inducing the sol-gel transition for the mixture of (I);
  • C) removing and replacing the solvent in the gel from (II) or removing or replacing the solvent;
  • D) drying the green body obtained from (III).

Die amphiphile Substanz hat die Aufgabe, ein weiteres Templat zur Porenbildung zur Verfügung zu stellen (neben dem wasserlöslichen Polymer, welches für die Phasentrennung verantwortlich ist), wobei aufgrund der Natur dieses Templates die Poren bei kleineren Durchmessern gebildet werden als die Mesoporen, die aufgrund der Zugabe des wasserlöslichen Polymers entstehen. Insbesondere sind auf diese Weise Mikroporen, d. h. Poren von wenigen Nanometern Durchmesser erhältlich. Es ist insbesondere zu betonen, dass im erfindungsgemäßen Verfahren die Mikroporen während der Herstellung des erfindungsgemäßen Materials entstehen und nicht erst in einem nachträglichen Nachbearbeitungsschritt eingebracht werden. Der erfindungsgemäße Ansatz stellt somit sicher, dass die Verteilung der Poren im Material homogen ist. Die amphiphile Substanz wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend Block-Copolymere, insbesondere Poly(alkylenoxid) Triblock Copolymeren; grenzflächenaktive Agenzien (surfactants), Detergenzien und Seifen, und dabei insbesondere nicht-ionische Alkyl-poly(ethylenoxide); Lipide, Phospholipide; sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Substanzen. The amphiphilic substance has the task of another template for pore formation to make available (in addition to the water-soluble polymer, which for the Phase separation is responsible), due to the nature of this template the pores are formed at smaller diameters than the mesopores that arise due to the addition of the water-soluble polymer. In particular are in this way micropores, d. H. Pores of a few nanometers in diameter available. It should be emphasized in particular that in the method according to the invention the micropores during the production of the material according to the invention arise and not only introduced in a subsequent post-processing step become. The approach according to the invention thus ensures that the distribution of the Pores in the material is homogeneous. The amphiphilic substance is selected from the Group comprising block copolymers, in particular poly (alkylene oxide) triblock copolymers; surfactants, detergents and Soaps, and in particular non-ionic alkyl poly (ethylene oxides); lipids, phospholipids; as well as combinations of two or more of the above substances mentioned.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von ionischen surfactants, und dabei insbesondere von Hexadecyltrimethylammonium Bromid, als amphiphile Substanz besonders bevorzugt. Im Sinne der vorliegenden Erfindnung werden alle amphiphilen Substanzen mit einer Trimethylammonium Bromid (TAB) Einheit sowie einer Kohlenstoffkette beliebiger Länge als "CTAB" bezeichnet. Dabei kann im Einzelfall auch die Zahl der Kohlenstoffatome spezifiziert sein, wie im vorliegenden Fall z. B. C16TAB. Im Falle der Verwendung einer amphiphilen Substanz kann das Kalzinieren bei Temperaturen größer als 500°C erforderlich sein, falls das vollständige Entfernen der organischen Amphiphilen erwünscht ist. Werden TEOS, PEG, Salpetersäure und CTAB als Ausgangsmaterialien eingesetzt, so ist ein Gehalt von 0.01 bis 5 Gew.-% an CTAB bevorzugt und ein Gehalt von 0.1 bis 3 Gew.-% besonders bevorzugt. Durch Erhöhen der Konzentration an CTAB. In angegebenen Bereich, werden sowohl die Mesoporen beeinflusst, nämlich in dem Sinne, dass deren Größe abnimmt, als auch zunehmend Mikroporen gebildet, deren Größe sich von 1 nm bis 5 nm erstreckt und deren Anzahl mit zunehmender CTAB-Konzentration zunimmt. For the purposes of the present invention, the use of ionic surfactants, and in particular of hexadecyltrimethylammonium bromide, as an amphiphilic substance is particularly preferred. For the purposes of the present invention, all amphiphilic substances with a trimethylammonium bromide (TAB) unit and a carbon chain of any length are referred to as "CTAB". The number of carbon atoms can also be specified in individual cases, as in the present case, for. B. C 16 TAB. If an amphiphilic substance is used, calcining at temperatures above 500 ° C. may be necessary if the complete removal of the organic amphiphiles is desired. If TEOS, PEG, nitric acid and CTAB are used as starting materials, a content of 0.01 to 5% by weight of CTAB is preferred and a content of 0.1 to 3% by weight is particularly preferred. By increasing the concentration of CTAB. In the specified range, both the mesopores are influenced, namely in the sense that their size decreases, and micropores are increasingly formed, the size of which extends from 1 nm to 5 nm and the number of which increases with increasing CTAB concentration.

Bezüglich des Einarbeitens von aktiven Metall-Zentren sowie bezüglich der Schritte der Nachbehandlung gilt für das trimodale poröse erfindungsgemäße Material das bereits oben für das entsprechende bimodale Material Gesagte. Regarding the incorporation of active metal centers as well as regarding the Post-treatment steps apply to the trimodal porous according to the invention Material what was said above for the corresponding bimodal material.

Bezüglich des Herstellens von kohlenstoff-haltigen oder zur Gänze aus Kohlenstoff bestehenden porösen monolithischen Formkörpern als Folge einer Nachbehandlungen des trimodalen porösen silikatischen erfindungsgemäßen Monolithen gilt vollumfänglich das oben im Zusammenhang mit dem bimodalen erfindungsgemäßen Monolithen Gesagte. Regarding the manufacture of carbon-containing or wholly from Carbon existing porous monolithic shaped bodies as a result of Aftertreatments of the trimodal porous silicate monolith according to the invention the above applies in full in connection with the bimodal Monoliths according to the invention said.

Das erfindungsgemäße monolithische keramische Material kann vorteilhaft in katalytischen Anwendungen eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere für diejenigen erfindungsgemäßen Materialien, die über aktive Metall-Zentren verfügen. Wie oben beschrieben, können diese aktiven Metall-Zentren entweder im Sol-Gel Verfahren oder aber durch Nachbehandlung entstanden sein. Aufgrund der Möglichkeit, Acidität und/oder Redox-Verhalten der aktiven Metall-Zentren zu steuern, ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren für (partielle) Oxidationsreaktionen besonders bevorzugt. Es ist natürlich auch denkbar, dass das erfindungsgemäße Material als solches, d. h. auch ohne die Anwesenheit von Aktiv-Metallen, direkt katalytisch aktiv ist, insbesondere aufgrund seiner hierarchischen Porenstruktur. Sämtliche im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene Materialien lassen sich als unmittelbar als Katalysatoren, als Trägermaterialien für Katalysatoren sowie in der Katalysator-Forschung einsetzen. The monolithic ceramic material according to the invention can advantageously be used in catalytic applications are used. This applies in particular to those materials according to the invention which have active metal centers. As described above, these active metal centers can either be in the sol-gel Process or by post-treatment. Due to the Possibility of acidity and / or redox behavior of the active metal centers control, is the use of the catalysts according to the invention for (partial) Oxidation reactions are particularly preferred. Of course, it is also conceivable that material according to the invention as such, d. H. even without the presence of Active metals, is directly catalytically active, especially because of its hierarchical pore structure. All within the scope of the present invention described materials can be used directly as catalysts, as Use carrier materials for catalysts as well as in catalyst research.

In einer bevorzugten Ausführungsform können im erfindungsgemäßen Katalysator mit metall-haltiger Komponente durch mindestens eine der Maßnahmen ausgewählt aus der nachstehend genannten Gruppe die Acidität und das Redox- Potential oder die Acidität oder das Redox-Potential der mindestens einen metall- haltigen Komponente gemeinsam oder unabhängig voneinander variiert werden:
Konzentration des metall-haltigen Vorläufer-Materials relativ zum nicht metall- haltigen Vorläufer-Material, Art und Zusammensetzung des metall-haltigen Vorläufer-Materials, Dichte der OH-Gruppen in den Poren.
In a preferred embodiment, the acidity and the redox potential or the acidity or the redox potential of the at least one metal-containing component together or independently of one another can be selected in the catalyst according to the invention with a metal-containing component by at least one of the measures mentioned below can be varied:
Concentration of the metal-containing precursor material relative to the non-metal-containing precursor material, type and composition of the metal-containing precursor material, density of the OH groups in the pores.

In verwandten Anwendungen, die durch das Ausnutzen der Porenstruktur gekennzeichnet sind, kann das erfindungsgemäße Material als Molekularsieb, Ionentauscher oder als biologischer Separator mit engem Abschneide-Kriterium bezüglich des Molekulargewichtes, sowie als osmotische Membran eingesetzt werden. Anwendungen als waveguides oder Trägermaterial für optische Sensoren; chemische oder biologische Sensoren sind gleichfalls denkbar. In related applications by exploiting the pore structure are characterized, the material according to the invention can be used as a molecular sieve, Ion exchanger or as a biological separator with a narrow cut-off criterion of molecular weight, and as an osmotic membrane. Applications as waveguides or substrates for optical sensors; Dry or biological sensors are also conceivable.

Von besonderer Bedeutung ist die oben beschriebene Verwendung des erfindungsgemäßen Materials zur zeitlich verzögerten und zeitlich gesteuerten sowie örtlich wohl definierten Anlieferung von beliebigen Substanzen, insbesondere von Farbstoffen, kosmetischen Wirk-, Hilfs- oder Zusatzstoffen, Nährmittel oder Nährmittelzusatzstoffen, Futtermittel- oder Futtermittelzusatzstoffen, Duftstoffen und Geschmackstoffen. Dabei ist die verzögerte oder zeitlich gesteuerte, aber in jedem Fall örtlich wohl definierte, Anlieferung von pharmazeutisch relevanten Wirkstoffen in lebenden Organismen, und dabei insbesondere im menschlichen Körper besonders bevorzugt. The use of the. Described above is of particular importance material according to the invention for time-delayed and time-controlled as well locally defined delivery of any substances, in particular of Dyes, cosmetic active ingredients, auxiliaries or additives, nutrients or Nutritional additives, feed or feed additives, fragrances and flavors. The delayed or timed, but in in any case locally well-defined delivery of pharmaceutically relevant Active substances in living organisms, especially in human Body particularly preferred.

In diesem Zusammenhang ist die hierarchische Porenstruktur von besonderem Interesse, da es hiermit möglich ist, das erfindungsgemäße Material konsekutiv zu be- und zu entladen. So können z. B. die Wirk-, Hilfs- oder Zusatzstoffe, die am kleinsten sind, zuerst in die Mikroporen, gefolgt von größeren Wirk-, Hilfs- oder Zusatzstoffen in den Meso und/oder Makroporen. Bei der Einlagerung von Gemischen, insbesondere z. B. von Pflanzenextrakten oder Phytotherapeutika, kann sich auf diese Weise sogar eine "natürliche" Trennung verschiedener Komponenten ergeben. Es ist auch denkbar, zusätzlich zu den Wirk-, Hilfs- oder Zusatzstoffen, die typischerweise molekularer Natur sind und in Mikro- oder Mesoporen eingelagert werden können, zusätzlich Zell-Bestandteile oder größere Peptidketten o. ä. in den Makroporen einzulagern. Dabei sei auch noch einmal auf die oben beschriebene Möglichkeit hingewiesen, die innere Oberfläche ganz oder teilweise zu funktionalisieren, insbesondere lipophil zu machen. Es ist auch denkbar, Nachbehandlungs- und Beladungsschritte zu kombinieren, d. h. beispielsweise erst hydrophile Substanzen in die Mikroporen einzulagern, anschließend den Rest der inneren Oberfläche lipophil zu machen und daran anschließend eine lipohile Substanz einzulagern. In this context, the hierarchical pore structure is special Interest, since it is hereby possible to consecutively the material according to the invention loading and unloading. So z. B. the active ingredients, auxiliaries or additives that are smallest, first in the micropores, followed by larger active, auxiliary or Additives in the meso and / or macropores. When storing Mixtures, especially e.g. B. of plant extracts or phytotherapeutic agents even a "natural" separation of different ones Components result. It is also conceivable, in addition to the active, auxiliary or Additives that are typically molecular in nature and in micro or mesopores can be stored, additional cell components or larger peptide chains or similar in the macropores. It is also once again on the above described possibility pointed out, the inner surface in whole or in part functionalize, especially to make lipophilic. It is also conceivable Combine post-treatment and loading steps, d. H. for example, first store hydrophilic substances in the micropores, then the rest of the make the inner surface lipophilic and then a lipophilic substance store.

Wie bereits bei der Darstellung des Standes der Technik bemerkt, besteht eine wesentliche neue Entwicklung darin, Wirkstoffe, insbesondere die gegen enzymatische Zersetzung anfälligen und nicht per se durch Membranen zu resorbierenden PP-Wirkstoffe (Proteine und Peptide) in Nano- und Mikro-Teilchen einzuschliessen und so beispielsweise durch die Darmwand in den Blutstrom zu überführen. Das erfindungsgemäße Material eignet sich besonders gut für solche Anwendungen, da es als eine Agglomeration von Nano-Teilchen angesehen werden kann, wobei die Stärke des Zusammenhaltes der Nano-Teilchen durch vielfältige Verfahrens-Parameter, wie beispielsweise PEG- oder TEOS-Gehalt oder Grad des Aushärtens/Trocknens/Kalzinierens, eingestellt werden kann. Dabei kann die Agglomeration so gewählt werden, dass der Monolith bis zum Eintreten in die Darmflor intakt bleibt und anschließend in die Nanoteilchen zerfällt. Dabei gehen naturgemäß die Transportkanäle verloren, aber der Wirkstoff kann sich immer noch in Meso- oder Mikro-Hohlräumen der Teilchen aufhalten und so in diesen Fragmenten in die Blutbahn übergehen. Dort kann sich auch das Nano-Teilchen auflösen und der Wirkstoff freigesetzt werden (ohne jemals mit chemischen oder physikalischen Barrieren in Kontakt gekommen zu sein). As already noted in the description of the prior art, there is one essential new development in active ingredients, especially those against susceptible to enzymatic decomposition and not per se through membranes absorbing PP active substances (proteins and peptides) in nano and micro particles to enclose and so for example through the intestinal wall into the blood stream convict. The material according to the invention is particularly suitable for such Applications since it can be viewed as an agglomeration of nano-particles can, the strength of the cohesion of the nano-particles by diverse Process parameters, such as PEG or TEOS content or degree of Hardening / drying / calcining, can be adjusted. The Agglomeration should be chosen so that the monolith until it enters the Darmflor remains intact and then disintegrates into the nanoparticles. Go there naturally lost the transport channels, but the active ingredient can still stay in meso- or micro-cavities of the particles and so in these Pass fragments into the bloodstream. There can also be the nano-particle dissolve and the active ingredient are released (without ever using chemical or physical barriers).

In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Interesse, dass das im erfindungsgemäßen Material verwendete PEG als solches schon als Träger für Proteine bekannt ist, nämlich in dem Sinne, dass Proteine zum Erhöhen der Transportfähigkeit mit PEG modifiziert werden ("pegnology"). Dies lässt es zum Beispiel möglich erscheinen, Proteine schon im Schritt (I) homogen in das erfindungsgemäße Material einzuarbeiten, indem eine Mischung von PEG und PEG- modifiziertem Protein anstelle von reinem PEG eingesetzt wird. Das Material kann dann im erfindungsgemäßen Sol-Gel-Verfahren erstarrt und der Monolith direkt als Protein-Lieferant peroral eingesetzt werden. In this context, it is of particular interest that the PEG used the material according to the invention as such as a carrier for proteins is known, namely in the sense that proteins are used to increase the Transportability can be modified with PEG ("pegnology"). This leaves it for example Proteins appear homogeneous in step (I) incorporate material according to the invention by a mixture of PEG and PEG modified protein is used instead of pure PEG. The material can then solidify in the sol-gel process according to the invention and the monolith can be used directly as a protein supplier orally.

Weiterhin ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Materials als biologisch abbaubares oder resorbierbares (bio-degradeable, d. h. nicht kalziniert oder anderweitig ausgehärtet) bevorzugt sowie die Anwendung als biologisch integrierbares keramisches Material (bioactive, d. h. kalziniert, auch als Bioglas bekannt) in der Medizin-Technik, insbesondere zur Knochenverstärkung, zur Bindegewebe- Unterstützung und zur Wundheilung. Furthermore, the use of the material according to the invention is biological degradable or resorbable (bio-degradable, i.e. not calcined or otherwise cured) preferred and the use as a biologically integrable ceramic material (bioactive, i.e. calcined, also known as bioglass) in the Medical technology, especially for bone reinforcement, for connective tissue Support and wound healing.

Bezüglich des im Zuge einer Nachbehandlung entstehenden, oben genannten kohlenstoffhaltigen Monolithen sind zusätzlich zu den bereits genannten Anwendungen noch die folgenden Anwendungen bevorzugt: (i) Verwendung als Resorbens für Substanzen, z. B. bei Vergiftungs-Erscheinungen im menschlichen Körper, (ii) als Wasserstoff-Speicher, und zwar sowohl als Speichermaterial als solches als auch als Trägermaterial für ein anderes Speicher-Material. Regarding the above mentioned in the course of a post-treatment carbon-containing monoliths are in addition to those already mentioned Applications still preferred the following applications: (i) Use as Resorbent for substances, e.g. B. in poisoning phenomena in human Body, (ii) as hydrogen storage, both as storage material and such as well as a carrier material for another storage material.

Kohlenstoffhaltige Monolithen, die auf dem erfindungsgemäßen silikatischen Material als Templat beruhen, und wie oben erwähnt im Zuge der Nachbehandlung der erfindungsgemäßen silikatischen Materials entstehen, sind als Wasserstoff-Speicher oder als Träger für Wasserstoff-Speicher besonders geeignet, da sie über eine große Oberfläche verfügen, insbesondere bedingt durch die konsekutive Porenstruktur. In diesem Kontext ist insbesondere der Einsatz dieser kohlenstoffhaltigen Monolithe im Verbund mit hoch-dispersen (fein verteilten) Hydriden von Interesse. Dabei sind die Hydride der Haupt- und Nebengruppen-Metalle besonders bevorzugt, so z. B. Mg-Hydrid welches als reversibler Wasserstoff-Speicher bekannt ist. Es ist weiterhin denkbar, Hydride der Halb- und Nichtmetalle im Verbund mit dem kohlenstoffhaltigen monolithischen Material einzusetzen, wobei gemischte Hydride, d. h. Hydride der Haupt- und Nebengruppen-Metalle mit den Halbmetallen besonders bevorzugt sind. Unter den gemischten Hydriden sind für die Wasserstoff-Speicher insbesondere die Alanate von Interesse, die beispielsweise Li, Al und Wasserstoff enthalten und typischerweise im Verbund mit kohlenstoffhaltigen Materialien, wie beispielsweise carbon-nanotubes, eingesetzt werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden diese Alanate im Verbund mit dem erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen konsekutiven monolithischen Material mit mindestens bimodaler Porenstruktur eingesetzt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Realisierung des Wasserstoff-Speichers, in welcher der Wasserstoff reversibel gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Carbon-containing monoliths based on the silicate according to the invention Material as a template, and as mentioned above in the course of the Post-treatment of the silicate material according to the invention arise as Hydrogen storage or as a carrier for hydrogen storage particularly suitable as it have a large surface area, in particular due to the consecutive Pore structure. The use of these is particularly important in this context carbon-containing monoliths combined with highly disperse (finely divided) hydrides from Interest. The hydrides are the main and subgroup metals particularly preferred, e.g. B. Mg hydride which as a reversible hydrogen storage is known. It is also conceivable to use hydrides of semimetals and non-metals in the To use composite with the carbon-containing monolithic material, wherein mixed hydrides, d. H. Hydrides of the main and subgroup metals with the Semi-metals are particularly preferred. Among the mixed hydrides are for the hydrogen storage in particular the alanates of interest that for example contain Li, Al and hydrogen and typically in combination with carbon-containing materials, such as carbon nanotubes, used become. For the purposes of the present invention, these alanates are combined with the carbon-containing consecutive monolithic Material with at least bimodal pore structure used. Particularly preferred is a realization of the hydrogen storage, in which the hydrogen can be reversibly saved and released again.

Schließlich ist es auch denkbar, die erfindungsgemäßen Materialien (mit oder ohne Nachbehandlung) als dünne Filme abzuscheiden oder als Bausteine in Schaltkreisen zu verwenden. Hierbei ist insbesondere die Verwendung als Dielektrika mit hoher Dielektrizitätskonstante von Interesse, da ein hohes Porenvolumen zu entsprechend guter elektrischer Isolierung, ein Umstand, der besonders wichtig ist für die Miniaturisierung von Schaltkreisen, bei welcher ein "Überspringen" von Ladung stets ein Problem darstellt. Finally, it is also conceivable to use the materials according to the invention (with or without post-treatment) as thin films or as building blocks in Circuits. The use here in particular as dielectrics with high dielectric constant of interest because of a high pore volume correspondingly good electrical insulation, a fact that is particularly important for the miniaturization of circuits in which a "skipping" of Charge is always a problem.

Im Folgenden sollen Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien anhand von Ausführungsbeispielen illustriert werden, ohne dass dadurch die Allgemeingültigkeit der in der vorliegenden Erfindung dargelegten Ansprüche eingeschränkt werden soll. The following are intended to manufacture and use the inventive Materials are illustrated using exemplary embodiments, without this the generality of the claims set forth in the present invention should be restricted.

Beispiel 1example 1 Herstellung eines zersetzbaren Monolithen mit bimodaler PorenstrukturManufacture of a decomposable monolith with bimodal pore structure

In diesem Beispiel wird der allgemeine Syntheseweg zur Herstellung eines zersetzbaren Monolithen mit bimodaler Porenstruktur angegeben. Grenzen, innerhalb derer der Anteil einzelner Bestandteile variiert werden kann, werden in nachfolgenden Beispielen beschrieben. In this example, the general synthetic route for making a decomposable monoliths with a bimodal pore structure. Limits, within which the proportion of individual components can be varied in described in the following examples.

Im ersten Schritt werden 0,7 g an Polyethylenglykol (PEG) mit dem Molekulargewicht von 35.000 in 8,0 g Wasser sowie 0,81 g an 60%iger Salpetersäure aufgelöst. Zu dieser Mischung werden unter Rühren 6,5 g an TEOS zugegeben. Das Sol wird bis zum Erhalt einer klaren Lösung gerührt und anschließend in Formen gegossen und bei etwa 40°C für 5 Stunden geliert sowie für mindestens 48 Stunden bei derselben Temperatur gealtert. In the first step, 0.7 g of polyethylene glycol (PEG) with the Molecular weight of 35,000 in 8.0 g of water and 0.81 g of 60% nitric acid dissolved. 6.5 g of TEOS are added to this mixture with stirring. The Sol is stirred until a clear solution is obtained and then in molds poured and gelled at about 40 ° C for 5 hours and for at least 48 Aged for hours at the same temperature.

Um ganz allgemein den Kondensationsgrad zu erhöhen sowie um die Größe der Mesoporen zu kontrollieren, wird das Gel einem Lösungsmittelaustausch bei 90°C in 1 m Ammoniumhydroxid-Lösung unterzogen, und zwar für 9 Stunden. Das Volumen des Lösungsmittels beträgt dabei etwadas Zehnfache des Volumens des Gels. Nach erfolgtem Lösungsmittelaustausch werden die Monolithen mit 0,1 m HNO3-Lösung und 25%igem Ethanol gewaschen. To increase the degree of condensation in general and to control the size of the mesopores, the gel is subjected to a solvent exchange at 90 ° C. in 1 m ammonium hydroxide solution, for 9 hours. The volume of the solvent is about ten times the volume of the gel. After the solvent has been exchanged, the monoliths are washed with 0.1 M HNO 3 solution and 25% ethanol.

Im Trocknungs-Schritt werden die Grünkörper für 3 Tage bei 60°C getrocknet. Der danach erhaltene Monolith zeigt alle charakteristischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials, wie beispielsweise bimodale Porenstruktur, Transportkanäle, Abwesenheit von Bragg-Reflexen. Anschließend an den Trocknungsschritt kann der Monolith für 5 Stunden bei 450°C kalziniert werden, wobei die Temperatur mit einer Rampe von 1 K/min hochgefahren wird. In the drying step, the green bodies are dried for 3 days at 60 ° C. The monolith obtained afterwards shows all the characteristic properties of the material according to the invention, such as, for example, bimodal pore structure, Transport channels, absence of Bragg reflections. Subsequent to the Drying step, the monolith can be calcined at 450 ° C for 5 hours, the Temperature is ramped up by 1 K / min.

Beispiel 2Example 2 Abhängigkeit der Porenstruktur vom Molekulargewicht an PEGDependence of the pore structure on the molecular weight on PEG

Die in diesem Beispiel angegebene Tabelle zeigt, wie sich die Porenstruktur (visuell bestimmt aus SEM-Aufnahmen sowie durch Messungen der Porosität mit Hg-Porosimetrie) als Funktion des Molekulargewichtes (MG) an PEG ändert:
Wie aus der Tabelle zu entnehmen ist, kann durch Variieren des Molekulargewichtes von PEG die Größe der Makroporen sowie deren Grad an wechselseitiger Vernetzung eingestellt werden.

The table given in this example shows how the pore structure (determined visually from SEM images and by measuring the porosity with Hg porosimetry) changes as a function of the molecular weight (MG) on PEG:
As can be seen from the table, the size of the macropores and their degree of crosslinking can be adjusted by varying the molecular weight of PEG.

Beispiel 3Example 3 Abhängigkeit der Porenstruktur vom relativen Gehalt am PEGDependence of the pore structure on the relative content of the PEG

Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die Porenstruktur (visuell bestimmt aus SEM- Bildern sowie durch Messungen mit Hg-Porosimetrie) als Funktion des relativen Gehaltes (gemessen in Gew.-%) an PEG ändert, wenn das Molekulargewicht von PEG konstant bei 35.000 belassen wird.

The following table shows how the pore structure (determined visually from SEM images and measurements with Hg porosimetry) changes as a function of the relative content (measured in% by weight) of PEG when the molecular weight of PEG remains constant at 35,000 becomes.

Wie man aus der Tabelle gut ablesen kann, lassen sich wiederum die Größe der Makroporen sowie der Grad der Verbindung der Poren zu Kanälen durch Variieren des relativen Anteiles an PEG beeinflussen. Die zu Kanälen verbundenen Makroporen der Probe K5 sind in Fig. 1 anhand von einer SEM (scanning electron microscopy) Aufnahme in einem Maßstab von 1 cm ~ 30 µm gezeigt. As can be seen from the table, the size of the macropores and the degree of connection of the pores to the channels can be influenced by varying the relative proportion of PEG. The macropores of the sample K5 connected to channels are shown in FIG. 1 on the basis of an SEM (scanning electron microscopy) image on a scale of 1 cm ~ 30 μm.

Beispiel 4Example 4 Abhängigkeit der Porenstruktur vom relativen Gehalt am TEOSDependence of the pore structure on the relative content of the TEOS

Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die Porenstruktur (visuell bestimmt aus SEM- Aufnahmen sowie durch Messungen mit Hg-Porosimetrie) als Funktion des relativen Gehaltes (gemessen in Gew.-%) an TEOS ändert.

The following table shows how the pore structure (determined visually from SEM images and measurements with Hg porosimetry) changes as a function of the relative content (measured in% by weight) of TEOS.

Beispiel 5Example 5 Abhängigkeit der Porenstruktur von der Konzentration des Lösungsmittels im LösungsmittelaustauschDependence of the pore structure on the concentration of the Solvent in solvent exchange

Die Konzentration des im Schritt des Lösungsmittelaustausches verwendeten Lösungsmittels (hier: Ammoniumhydroxid ersetzt Salpetersäure) ist von besonderer Bedeutung für die Größe der Mesoporen (bestimmt durch Adsorptionsmessungen mit Stickstoff). Hierbei wird die Änderung von wesentlichen Poren-Parametern (Oberfläche, Porenvolumen, Porendurchmesser) mit der Änderung der Konzentration an Ammoniumhydroxid (1,0 m, 0,1 m und 0,01 m) bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. The concentration of that used in the solvent exchange step Solvent (here: ammonium hydroxide replaces nitric acid) is special Significance for the size of the mesopores (determined by adsorption measurements with nitrogen). Here the change of essential pore parameters (Surface, pore volume, pore diameter) with the change of Concentration of ammonium hydroxide (1.0 m, 0.1 m and 0.01 m) at different Temperatures shown.

Dabei erfolgt die Zuordnung der Probe zu der jeweils entsprechenden Temperatur und Konzentration an Ammoniumhydroxid gemäß der folgenden Tabelle


und die Poren-Parameter für diese Proben sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:




The sample is assigned to the corresponding temperature and concentration of ammonium hydroxide according to the following table


and the pore parameters for these samples are summarized in the following table:




Porenverteilungsfunktionen für Meso- und Makroporen von zersetzbaren Monolithen, hergestellt nach dem in Beispiel 1 beschriebenen allgemeinen Rezept und einem Lösungsmittelaustausch bei 90°C bei verschiedenen Konzentrationen an Ammoniumhydroxid unterworfen, sind in Fig. 2 gezeigt. Dabei beschreibt die horizontale x-Achse den mittleren Porendurchmesser (in Mikrometern) und die vertikale y-Achse den gemessenen Anteil an Poren bei diesem Durchmesser (gemessen in Millilitern pro Gramm). Dabei entspricht die durchgezogene Linie einer 2 m Ammoniumhydroxid-Lösung, die gestrichelte Linie einer 0,2 m sowie die gepunktete Linie einer 0,02 m Ammoniumhydroxid-Lösung. Das Diagramm belegt somit eindeutig, dass insbesondere die Größe der Mesoporen reproduzierbar über die Konzentration an Ammoniumhydroxid eingestellt werden kann. Pore distribution functions for mesopores and macropores of decomposable monoliths, produced according to the general recipe described in Example 1 and subjected to a solvent exchange at 90 ° C. at different concentrations of ammonium hydroxide, are shown in FIG. 2. The horizontal x-axis describes the average pore diameter (in micrometers) and the vertical y-axis the measured proportion of pores at this diameter (measured in milliliters per gram). The solid line corresponds to a 2 m ammonium hydroxide solution, the dashed line corresponds to 0.2 m and the dotted line corresponds to a 0.02 m ammonium hydroxide solution. The diagram thus clearly shows that the size of the mesopores in particular can be set reproducibly via the concentration of ammonium hydroxide.

Beispiel 6Example 6 Herstellung eines zersetzbaren Monolithen mit trimodaler PorenstrukturManufacture of a decomposable monolith with trimodal pore structure

Als Sol werden 0,62 g PEG mit einem Molekulargewicht von 35.000 mit 5,5 g Wasser sowie 1,3 g an Salpetersäure gemischt. Zu diesem Gemisch werden 5.05 g TEOS gegeben und gerührt bis eine klare Lösung entsteht. 0.62 g of PEG with a molecular weight of 35,000 and 5.5 g are used as sol Mixed water and 1.3 g of nitric acid. To this mixture, 5.05 g TEOS given and stirred until a clear solution is obtained.

Zu diesem Zeitpunkt werden 0,36 g C14TAB als Amphiphiles zu dem Sol gegeben. Dies bedeutet, dass in diesem Beispiel der PEG Gehalt 4,84 Gew.-% beträgt sowie der C14TAB Gehalt 2,78 Gew.-%. Das Sol wird anschließend in Formen gegossen und bei 40°C für 5 Stunden geliert und daran anschließend für 48 Stunden bei 40°C gealtert. At this point, 0.36 g of C 14 TAB are added to the sol as amphiphiles. This means that in this example the PEG content is 4.84% by weight and the C 14 TAB content is 2.78% by weight. The sol is then poured into molds and gelled at 40 ° C for 5 hours and then aged at 40 ° C for 48 hours.

Schließlich wird der Monolith einem Lösungsmittelaustausch bei 90°C in 1 m Ammoniumhydroxid-Lösung unterzogen, und zwar für 9 Stunden. Das Volumen des Lösungsmittels beträgt dabei etwa das Zehnfache des Volumens des Gels. Nach erfolgtem Lösungsmittelaustausch wird der Grünkörper mit 0,1 m HNO3- Lösung und 25%igem Ethanol gewaschen. Finally, the monolith is subjected to a solvent exchange at 90 ° C in 1 M ammonium hydroxide solution for 9 hours. The volume of the solvent is about ten times the volume of the gel. After the solvent has been exchanged, the green body is washed with 0.1 m HNO 3 solution and 25% ethanol.

Im Trocknungs-Schritt werden die Grünkörper für 3 Tage bei 60°C getrocknet und daran anschließend für 5 Stunden bei 500°C kalziniert, wobei die Temperatur mit einer Rampe von 1 K/min hochgefahren wird. Für Monolithen mit trimodaler Porenstruktur ist das Kalzinieren ein wesentlicher Schritt, da auf diese Weise das C14TAB quantitativ entfernt werden kann. In the drying step, the green bodies are dried for 3 days at 60 ° C. and then calcined for 5 hours at 500 ° C., the temperature being raised with a ramp of 1 K / min. For monoliths with a trimodal pore structure, calcining is an essential step, since the C 14 TAB can be removed quantitatively in this way.

Beispiel 7Example 7 Variation der Größe der Mikroporen durch die Wahl des AmphiphilenVarying the size of the micropores through the choice of the amphiphile

Die Herstellung des Monolithen erfolgt genau wie in Beispiel 6 beschrieben, mit dem Unterschied, dass anstelle von C14TAB nun C16TAB und C18TAB eingesetzt werden. Der Einfluss der Wahl des Amphiphilen auf die Größe der Mikroporen ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei zeigt die horizontale x-Achse den Porendurchmesser in Nanometern und die vertikale y-Achse das dem jeweiligen Porendurchmesser zuzuordnende Porenvolumen in Kubikzentimetern pro Gramm. Offensichtlich lässt sich der Durchmesser der Mikroporen durch ein Verlängern der aliphatischen Kette des Amphiphilen zu kleineren Werten verschieben. The monolith is produced exactly as described in Example 6, with the difference that C16TAB and C18TAB are now used instead of C14TAB. The influence of the choice of the amphiphile on the size of the micropores is shown in FIG. 3. The horizontal x-axis shows the pore diameter in nanometers and the vertical y-axis shows the pore volume to be assigned to the respective pore diameter in cubic centimeters per gram. Apparently, the diameter of the micropores can be shifted to smaller values by extending the aliphatic chain of the amphiphile.

Die gesamte trimodale Porenstruktur eines zersetzbaren Monolithen, der unter Zugabe eines Amphiphilen erhalten wurde (hier mit C16TAB), ist exemplarisch in Fig. 4 dargestellt, wobei die horizontale x-Achse den Porendurchmesser in Mikrometern angibt und die vertikale y-Achse den jeweiligen Anteil der Poren am Gesamtporenvolumen, gemessen in Kubikzentimetern pro Gramm. Dabei wurde der Anteil an Mikro- und Mesoporen mit Stickstoff-Adsorption bestimmt (gepunktete Linie) und der Anteil an Meso- und Makroporen mit Hg-Porosimetrie (durchgezogene Linie). The entire trimodal pore structure of a decomposable monolith, which was obtained with the addition of an amphiphile (here with C 16 TAB), is shown by way of example in FIG. 4, the horizontal x-axis indicating the pore diameter in micrometers and the vertical y-axis the respective Proportion of pores in the total pore volume, measured in cubic centimeters per gram. The proportion of micro and mesopores with nitrogen adsorption was determined (dotted line) and the proportion of mesopores and macro pores with mercury porosimetry (solid line).

Weiterhin ist in Fig. 5 ein Kleinwinkel-Röntgendiffraktogramm für das trimodale monolithische Material mit C16TAB gezeigt. Auf der horizontalen x-Achse ist der Streuwinkel 2Θ in Grad eingetragen (aufgenommen bei der Energie der Cu Kα-Linie) sowie auf der vertikalen y-Achse die relative Streuintensität in willkürlichen Einheiten. Es ist deutlich zu erkennen, dass lediglich die für Kleinwinkelstreuung typische, vom Primärstrahl (bei 0 Grad) her abfallende, Einhüllende zu sehen ist, nicht aber die sonst für Materialien mit Mesoporen typischen Bragg- Reflexe (siehe Diskussion in der Einleitung). Somit ist gezeigt, dass das Material der vorliegenden Erfindung tatsächlich auf allen Längenskalen ungeordnet ist. Furthermore, a small-angle X-ray diffractogram for the trimodal monolithic material with C 16 TAB is shown in FIG. 5. The scattering angle 2 ist is entered in degrees on the horizontal x-axis (recorded at the energy of the Cu Kα line) and the relative scattering intensity in arbitrary units on the vertical y-axis. It can be clearly seen that only the envelope that is typical for small-angle scattering and falls from the primary beam (at 0 degrees) can be seen, but not the Bragg reflections that are otherwise typical for materials with mesopores (see discussion in the introduction). Thus, it is shown that the material of the present invention is actually disordered on all length scales.

Beispiel 8Example 8 Erfindungsgemäße Materialien mit aktiven Metall-Zentren durch Co- Hydrolyse von TEOS mit einem Metall-AlkoholatMaterials according to the invention with active metal centers by co- Hydrolysis of TEOS with a metal alcoholate

Die im nachstehenden Beispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Materialien wurden gemäß des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verwendeten Einsatzstoffmengen:


The materials of the invention described in the example below were prepared according to the method described in example 1. The following table provides an overview of the quantities of feed used:


Der verwendete Niob-Precursor ist ein Niobalkoxid (Niob-Ethanolat). Dieser wurde mit dem TEOS gemischt und dann zur salpetersauren Polymerlösung hinzugegeben. The niobium precursor used is a niobium alkoxide (niobium ethanolate). This was mixed with the TEOS and then to the nitric acid polymer solution added.

Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die durchgeführten Versuche und die Eigenschaften der Materialien nach Trocknung und Calcinierung bei 400°C.

The table below gives an overview of the tests carried out and the properties of the materials after drying and calcining at 400 ° C.

Die Materialien wurden mittels Röntgenfluoreszenz auf Gleichmäßigkeit der Niob-Verteilung untersucht. dabei ergaben sich folgende Befunde: (i) die in das Synthesegel eingebrachten Niobmengen wurden im keramischen Produkt wiedergefunden sowie (ii) das eingebrachte Niob ist gleichmäßig über den Formkörper verteilt. The materials were checked for uniformity by means of X-ray fluorescence Niobium distribution examined. The following findings were found: (i) the in the Amounts of niobium introduced into the ceramic product recovered and (ii) the niobium introduced is uniform over the molded body distributed.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Formkörper, in denen das Niobethylat gegen Tantalethylat, Titanethylat und Zirkonethylat ersetzt wurde, weisen ebenfalls gleichmäßige Metallverteilungen in der silikatischen Matrix auf. Molded articles produced by the process described above, in which the Niobium ethylate was replaced by tantalum ethylate, titanium ethylate and zirconium ethylate, also have uniform metal distributions in the silicate matrix.

Beispiel 9Example 9 Erfindungsgemäße Materialien mit aktiven Metall-Zentren durch Nachbehandlung des porösen Monolithen mit einer Metallsalz-LösungMaterials according to the invention with active metal centers After-treatment of the porous monolith with a metal salt solution

Ein nach Beispiel 1 hergestellter Monolith (SiO2) wurde über eine Dauer von 12 h bei 90°C unter Ölpumpenvakuum in einem Schlenk-Kolben aktiviert. Nach 12 Stunden wurde der Kolben abgekühlt auf Raumtemperatur und mit sauerstoff und wasserfreiem Argon gespült. Durch ein Septum wurden 10 ml einer 0,01 molaren Lösung von Vanadium(V)Isopropoxid Lösung in wasserfreien Ethanol zugegeben (= Inkontaktbringen). Der Monolith wurde in der Lösung auf 50°C für 3 h erwärmt, anschleißend wurde das Lösungsmittel über eine Schlenk-Fritte entfernt und der Monolith für 12 h bei 90°C evakuiert. Auch dieses Material zeigt eine gleichmäßige Beladung mit metallischen Zentren und kann optional kalziniert werden. A monolith (SiO 2 ) produced according to Example 1 was activated in a Schlenk flask over a period of 12 h at 90 ° C. under an oil pump vacuum. After 12 hours the flask was cooled to room temperature and purged with oxygen and anhydrous argon. 10 ml of a 0.01 molar solution of vanadium (V) isopropoxide solution in anhydrous ethanol were added through a septum (= contacting). The monolith in the solution was heated to 50 ° C. for 3 hours, the solvent was then removed using a Schlenk frit and the monolith was evacuated at 90 ° C. for 12 hours. This material also shows an even loading with metallic centers and can optionally be calcined.

Claims (28)

1. Monolithisches keramisches Material mit Mikro- und Mesoporen oder Meso- und Makroporen oder Mikro-, Meso- und Makroporen, dadurch gekennzeichnet, dass es unter physiologischen Bedingungen zumindest teilweise zersetzbar ist und über mindestens ein in die Porenstruktur integriertes metallisches Aktiv-Zentrum verfügt. 1. Monolithic ceramic material with micro and mesopores or meso and macro pores or micro, meso and macro pores, characterized in that it is at least partially decomposable under physiological conditions and has at least one metallic active center integrated into the pore structure. 2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Struktur- Untersuchungen mittels Röntgenbeugung keine Bragg-Reflexe im Kleinwinkelbereich zeigen. 2. Material according to claim 1, characterized in that structural X-ray diffraction studies show no Bragg reflections in the Show small angle range. 3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der sich im Material befindlichen Makroporen und Mesoporen oder Makroporen oder Mesoporen das Material durchlaufende Transport-Kanäle bilden. 3. Material according to claim 1 or 2, characterized in that at least one Part of the macropores and mesopores in the material or Macropores or mesopores transport channels running through the material form. 4. Material nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße mindestens eine der Eigenschaften aus der folgenden Gruppe umfasst: die Größe der Makroporen liegt zwischen 0.1 µm und 100 µm, die Größe der Mesoporen liegt zwischen 5 nm und 50 nm, die Größe der Mikroporen liegt zwischen 1 nm und 3 nm. 4. Material according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the pore size is at least one of the properties from the includes the following group: the size of the macropores is between 0.1 µm and 100 microns, the size of the mesopores is between 5 nm and 50 nm, the The size of the micropores is between 1 nm and 3 nm. 5. Material nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Trocknen einen höheren Anteil, gemessen in Gewichtsprozent, an anorganischen Bestandteilen enthält als an organischen Bestandteilen. 5. Material according to at least one of the preceding claims, characterized characterized that after drying there is a higher proportion, measured in Percentage by weight of inorganic constituents than organic Ingredients. 6. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen keramischen Materials mit mindestens einem in die Porenstruktur integrierten metallischen Aktiv- Zentrum sowie mit Mikro- und Mesoporen oder Meso- und Makroporen oder Mikro-, Meso- und Makroporen, welches unter physiologischen Bedingungen zumindest teilweise zersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die folgenden Schritte enthält: A) Inkontaktbringen eines Vorläufer-Materials, eines wasserlöslichen Polymers, einer amphiphilen Substanz, sowie eines Hydrolyse-Katalysators; B) Induzieren des Sol-Gel-Überganges für das Gemisch aus (I); C) Entfernen und Austauschen des Lösungsmittels im Gel aus (II) oder Entfernen oder Austauschen des Lösungsmittels; D) Trocknen des aus (III) erhaltenen Grünkörpers, sowie dass das Vorläufer-Material aus (I) mindestens eine metall-haltige Komponente enthält. 6. Process for the production of a monolithic ceramic material with at least one metallic active center integrated into the pore structure and with micro and mesopores or meso and macro pores or micro, meso and macro pores which can be at least partially decomposed under physiological conditions, thereby characterized in that the process contains at least the following steps: A) contacting a precursor material, a water-soluble polymer, an amphiphilic substance, and a hydrolysis catalyst; B) inducing the sol-gel transition for the mixture of (I); C) removing and replacing the solvent in the gel from (II) or removing or replacing the solvent; D) drying the green body obtained from (III), and that the precursor material from (I) contains at least one metal-containing component. 7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (IV) ein zusätzlicher Kalzinierschritt (V) A) Kalzinieren des getrockneten Grünkörpers durchgeführt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that after step (IV) an additional calcining step (V) A) Calcining the dried green body is carried out. 8. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen keramischen Materials mit einem in die Porenstruktur integrierten metallischen Aktiv-Zentrum sowie mit Meso- und Makroporen, welches unter physiologischen Bedingungen zumindest teilweise zersetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die folgenden Schritte enthält: A) Inkontaktbringen eines Vorläufer-Materials, eines wasserlöslichen Polymers, sowie eines Hydrolyse-Katalysators; B) Induzieren des Sol-Gel-Überganges für das Gemisch aus (I); C) Entfernen und Austauschen des Lösungsmittels im Gel aus (II) oder Entfernen oder Austauschen des Lösungsmittels; D) Trocknen des aus (III) erhaltenen Grünkörpers, E) Kalzinieren des getrockneten Grünkörpers, wobei die Temperatur zu keinem Zeitpunkt über 500°C liegen darf, sowie dass das Vorläufer-Material aus (I) mindestens eine metall-haltige Komponente enthält. 8. A method for producing a monolithic ceramic material with a metallic active center integrated into the pore structure and with mesopores and macropores, which is at least partially decomposable under physiological conditions, characterized in that the method contains at least the following steps: A) contacting a precursor material, a water-soluble polymer, and a hydrolysis catalyst; B) inducing the sol-gel transition for the mixture of (I); C) removing and replacing the solvent in the gel from (II) or removing or replacing the solvent; D) drying the green body obtained from (III), E) calcining the dried green body, the temperature at no time may be above 500 ° C., and that the precursor material from (I) contains at least one metal-containing component. 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläufer-Material ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend vollständig hydrolysierbare Alkoxide, Alkoxide mit mindestens einer nicht-hydrolysierbaren Gruppe; in wässriger Lösung zersetzliche Halogenide, polymersierbare Metall-Salze, oligomere Vorläufer-Materialien, organisch modifizierte Silikate; Koordinationsverbindungen mit Carboxyl oder β- Diketon-Liganden; sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Substanzen. 9. The method according to at least one of claims 6 to 8, characterized characterized that the precursor material is selected from the group comprising fully hydrolyzable alkoxides, alkoxides with at least one non-hydrolyzable group; Halides decomposable in aqueous solution, polymerizable metal salts, oligomeric precursor materials, organic modified silicates; Coordination compounds with carboxyl or β- Diketone ligand; as well as combinations of two or more of the above substances mentioned. 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine metall-haltige Komponente des Vorläufer- Materials ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend organometallische Verbindungen, Metallocene, metallische Kolloide, Metall-Alkoxide sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Substanzen. 10. The method according to at least one of claims 6 to 9, characterized characterized in that the at least one metal-containing component of the precursor Materials is selected from the group comprising organometallic Compounds, metallocenes, metallic colloids, metal alkoxides as well Combinations of two or more of the above substances. 11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrolyse-Katalysator ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend basische Substanzen wie Ammoniak, Amine, Ammoniumionen- Lösungen; saure Substanzen wie Mineralsäuren, organische Säuren, fluoridhaltige Lösungen; sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Substanzen. 11. The method according to at least one of claims 6 to 10, characterized characterized in that the hydrolysis catalyst is selected from the group including basic substances such as ammonia, amines, ammonium ions Solutions; acidic substances such as mineral acids, organic acids, solutions containing fluoride; as well as combinations of two or more of the above substances mentioned. 12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer ausgewählt wird aus der Gruppe der nicht geladenen und der ionischen Polymere; sowie Kombinationen oder Gemische aus zwei oder mehr der vorgenannten Substanzen. 12. The method according to at least one of claims 6 to 11, characterized characterized in that the water-soluble polymer is selected from the group uncharged and ionic polymers; as well as combinations or Mixtures of two or more of the aforementioned substances. 13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die amphiphile Substanz ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Block-Copolymere; grenzflächenaktive Agenzien, Detergenzien, Seifen; Lipide, Phospholipide; sowie Kombinationen aus zwei oder mehr hiervon. 13. The method according to at least one of claims 6 to 12, characterized characterized in that the amphiphilic substance is selected from the group comprising block copolymers; surfactants, detergents, Soap; Lipids, phospholipids; as well as combinations of two or more hereof. 14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorläufer-Material TEOS oder ein Metall-Alkoxid oder TEOS und ein Metall-Alkoxid eingesetzt wird, als Hydrolyse-Katalysator Salpetersäure, als wasserlösliches Polymer PEG sowie als optionale amphiphile Substanz CTAB, sowie dass der PEG-Gehalt im Bereich von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht liegt, dass das Molekulargewicht von PEG zwischen 10.000 und 50.000 liegt, dass der relative Anteil an TEOS, gegeben durch den r-Wert, im Bereich von 10 bis 20 gegeben ist, dass der Anteil an optional zu verwendendem CTAB zwischen 0,01 und 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, liegt, sowie dass das Lösungsmittel für den Lösungsmittelaustausch Ammoniumhydroxid ist. 14. The method according to at least one of claims 6 to 13, characterized characterized in that as a precursor material TEOS or a metal alkoxide or TEOS and a metal alkoxide is used as a hydrolysis catalyst Nitric acid, as a water-soluble polymer PEG and as an optional amphiphilic Substance CTAB, and that the PEG content is in the range from 2 to 10% by weight, based on the total weight is that the molecular weight of PEG between 10,000 and 50,000 is the relative percentage of TEOS given given by the r value, in the range from 10 to 20, that the proportion of optional CTAB between 0.01 and 5 wt .-%, based on the total weight, and that the solvent for the Solvent exchange is ammonium hydroxide. 15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Material einer Nachbehandlung unterzogen wird, wobei die Nachbehandlung ausgewählt sein kann aus der folgenden Gruppe umfassend: Tränken oder Inkontaktbringen des monolithischen keramischen Materials mit katalytisch aktiven Substanzen, organischen Verbindungen oder Gemischen, oder weiteren Hilfs- oder Zusatzstoffen, das Funktionalisieren von zumindest Teilen der inneren Oberfläche, das Lipophilisieren; das konsekutive Beladen der Poren sowie jede Kombination von zwei oder mehr der vorstehenden Schritte. 15. The method according to at least one of claims 6 to 14, characterized characterized in that the material according to the invention a post-treatment is subjected to, wherein the after-treatment can be selected from the following Group comprising: watering or contacting the monolithic ceramic material with catalytically active substances, organic Compounds or mixtures, or other auxiliaries or additives, the Functionalizing at least parts of the inner surface, the Lipophilisieren; the consecutive loading of the pores as well as any combination of two or more of the above steps. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Substanz für das Tränken oder Inkontaktbringen ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend organometallische Verbindungen, Metallocene, metallische Kolloide, Metall-Salze, Metall-Alkoxide sowie Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Substanzen. 16. The method according to claim 15, characterized in that the catalytic active substance for soaking or contacting is selected from the group comprising organometallic compounds, metallocenes, metallic colloids, metal salts, metal alkoxides and combinations of two or more of the aforementioned substances. 17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Substanz für das Tränken oder Inkontaktbringen mindestens eine kohlenstoffhaltige Vorläufer-Verbindung enthält, wobei die besagte kohlenstoffhaltige Vorläufer-Verbindung mindestens ein Kohlenstoffatom enthält. 17. The method according to claim 15, characterized in that the at least a substance for soaking or contacting at least one contains carbon-containing precursor compound, said carbon-containing precursor compound contains at least one carbon atom. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine kohlenstoffhaltige Vorläufer-Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe der Alkohole oder Kohlehydrate. 18. The method according to claim 17, characterized in that the at least a carbonaceous precursor compound is selected from the Group of alcohols or carbohydrates. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoff-haltige erfindungsgemäße Material nach dem Tränken bzw. Inkontakbringen bei Temperaturen größer als 500°C unter Stickstoff kalziniert wird, sowie anschließend unter Vakuum verkokt wird. 19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that the carbon-containing material according to the invention after soaking or Contacting is calcined at temperatures greater than 500 ° C under nitrogen, and then coked under vacuum. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das silikatische Templat durch Behandeln des Formkörpers mit HF und NaOH oder HF oder NaOH entfernt wird. 20. The method according to claim 19, characterized in that the silicate Template by treating the shaped body with HF and NaOH or HF or NaOH is removed. 21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Material nach der Nachbehandlung kalziniert wird. 21. The method according to at least one of claims 15 to 20, characterized characterized in that the material according to the invention after the aftertreatment is calcined. 22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Form, Größe und Porenstruktur des erfindungsgemäßen Monolithen im Herstellungsverfahren selbst definiert wird. 22. The method according to at least one of claims 6 to 21, characterized characterized in that the shape, size and pore structure of the invention Monolith is defined in the manufacturing process itself. 23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet dass durch mindestens eine der Maßnahmen ausgewählt aus der folgenden Gruppe die Acidität und das Redox-Potential oder die Acidität oder das Redox-Potential der mindestens einen metall-haltigen Komponente im erfindungsgemäßen Material gemeinsam oder unabhängig voneinander variiert werden können: Konzentration des metall-haltigen Vorläufer-Materials relativ zum nicht metall-haltigen Vorläufer-Material, Art und Zusammensetzung des metall-haltigen Vorläufer-Materials, Dichte der OH-Gruppen in den Poren. 23. The method according to at least one of claims 6 to 16, characterized characterized by at least one of the measures selected from the following group the acidity and the redox potential or the acidity or the redox potential of the at least one metal-containing component in the material according to the invention varies together or independently of one another can: Relative concentration of the metal-containing precursor material on the non-metal-containing precursor material, type and composition of the metal-containing precursor material, density of the OH groups in the pores. 24. Verwendung des monolithischen keramischen Materials gemäß mindestens eines der Ansprüche 1 bis 5 oder des monolithischen keramischen Materials, erhältlich nach einem Verfahren gemäß mindestens eines der Ansprüche 6 bis 23 als Vollkatalysator, als Katalysator-Träger, als Molekularsieb, als biologischer Separator mit engem Abschneide-Kriterium bezüglich des Molekulargewichtes, als osmotische Membran sowie als dielektrisches Medium. 24. Use of the monolithic ceramic material according to at least one of claims 1 to 5 or of the monolithic ceramic material, obtainable by a process according to at least one of claims 6 to 23 as a full catalyst, as a catalyst support, as a molecular sieve, as biological separator with a narrow cut-off criterion regarding the Molecular weight, as an osmotic membrane and as a dielectric medium. 25. Verwendung des monolithischen keramischen Materials gemäß mindestens eines der Ansprüche 1 bis 5 oder des monolithischen keramischen Materials, erhältlich nach einem Verfahren gemäß mindestens eines der Ansprüche 6 bis 23 zur zeitlich verzögerten und zeitlich gesteuerten sowie örtlich wohl definierten Anlieferung von Farbstoffen, kosmetischen Wirk-, Hilfs- oder Zusatzstoffen, pharmazeutisch relevanten Substanzen, Proteinen, Peptiden, Enzymen, pflanzlichen Wirkstoffen, Nährmittel oder Nährmittelzusatzstoffen, Futtermittel- oder Futtermittelzusatzstoffen, Duftstoffen und Geschmacksstoffen. 25. Use of the monolithic ceramic material according to at least one of claims 1 to 5 or of the monolithic ceramic material, obtainable by a process according to at least one of claims 6 to 23 for the time-delayed and time-controlled as well as locally defined delivery of dyes, cosmetic active ingredients, auxiliary or Additives, pharmaceutically relevant substances, proteins, peptides, Enzymes, herbal active ingredients, nutrients or nutritional additives, Feed or feed additives, fragrances and flavorings. 26. Verwendung des monolithischen keramischen Materials gemäß mindestens eines der Ansprüche 1 bis 5 oder des monolithischen keramischen Materials, erhältlich nach einem Verfahren gemäß mindestens eines der Ansprüche 6 bis 23 als biologisch abbaubares oder biologisch resorbierbares oder als biologisch integrierbares keramisches Material in der Medizin-Technik, insbesondere zur Knochenverstärkung, zur Bindegewebe-Unterstützung und zur Wundheilung. 26. Use of the monolithic ceramic material according to at least one of claims 1 to 5 or of the monolithic ceramic material, obtainable by a process according to at least one of claims 6 to 23 as biodegradable or bioabsorbable or as biologically integrable ceramic material in medical technology, especially for bone reinforcement, connective tissue support and Wound healing. 27. Verwendung des monolithischen kohlenstoffhaltigen Materials, erhältlich nach einem Verfahren gemäß mindestens eines der Ansprüche 17 bis 22 als Speichermaterial für Wasserstoff oder als Trägermaterial für einen Wasserstoff-Speicher. 27. Use of the monolithic carbonaceous material available according to a method according to at least one of claims 17 to 22 Storage material for hydrogen or as a carrier material for one Hydrogen storage. 28. Verwendung des monolithischen kohlenstoffhaltigen Materials erhältlich nach einem Verfahren gemäß mindestens eines der Ansprüche 17 bis 22 im Verbund mit oder dotiert mit mindestens einem reversibel wasserstoffspeichernden Medium, ausgewählt aus der Gruppe der Hydride der Haupt- und Nebengruppenmetalle, der Halbmetall-Hydride, der gemischten Hydride, der Alanate sowie Mischungen aus mindestens zwei Substanzen hiervon. 28. Use of the monolithic carbonaceous material available after a method according to at least one of claims 17 to 22 in Compound with or doped with at least one reversible hydrogen storage medium, selected from the group of hydrides the main and Subgroup metals, the semimetal hydrides, the mixed hydrides, the alanates and mixtures of at least two substances thereof.
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